分子光谱学
拉曼光谱
/ RAH-mun /
把球扔向墙,它通常会以原速直直地弹回来。但极偶尔地,它可能回来时稍快或稍慢,因为墙本身被带得晃动了一下,取走或给出了一点能量。光对分子也会这样:大多数光子原封不动地弹开,但有极小的一部分离开时能量被稍稍推高或压低,因为它们使一根键振动了起来。拉曼光谱所聆听的,正是那些罕见的、能量发生偏移的光子。
拉曼光谱测量的是被样品散射(而非吸收)的光所发生的微小能量偏移。用单一颜色的激光照射分子;几乎全部的光原样散射回来,但有微弱的一缕回来时偏移了一个量,恰等于分子的某个振动能量。把这些偏移作图就得到一张振动光谱,与红外很像,只是通过散射获得,且受另一条选择定则支配。
拉曼之所以宝贵,恰恰在于它与红外互补:一个振动只有改变了分子的极化率(电子云被扭曲的难易程度)才是拉曼活性的,所以那些对红外隐形的对称振动,在这里往往明亮地现身。它还能透过玻璃和水工作,无需特殊的样品制备,并且能探测极小的斑点——不过这种效应本身很弱,这在历史上使它颇为棘手,直到激光和灵敏的探测器问世才改观。
机场和药房的扫描仪常用一台手持拉曼设备贴在密封的瓶子上:激光穿过玻璃,散射回来的光带着瓶内物质振动的偏移,仪器再把这套图案与谱库比对,从而确认瓶里的液体是某种已知药物还是危险品——整个过程都不必打开瓶子。
读取那微弱的、能量发生偏移的散射光,就揭示了分子的振动。
在具有对称中心的分子里,红外和拉曼常常遵循「互斥规则」:在一种里有活性的振动,在另一种里则沉默。这正是为什么两者要搭配使用——合起来几乎能捕捉到全部振动。
又称
另见