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斯托克斯位移 为什么拉曼光谱是带状光谱

拉曼散射光谱具有以下明显的特征:

a拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同,但对同一样品,同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关;

b 在以波数为变量的拉曼光谱图上,斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

c 一般情况下,斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。

这是由于Boltzmann分布,处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。

简单解释:按照波尔兹曼分布律,处于激发态的分子数与处于正常态分子数之比是:其中g为该状态下的简并度。

可以解释:温度升高,反斯托克斯线的强度迅速增大,斯托克斯线强度变化不大转动能级中,所以,由于较低和较高的转动态都有显著的布居,所以小拉曼位移两组谱线(反斯托克斯线,斯托克斯线)强度差不多。

斯托克斯位移

当一个系统(无论是分子还是原子)吸收光子时,它获得能量并进入激发态。系统回到基态的一种方法是发射光子,从而损失能量(另一种方法是损失热能)。当发射光子的能量小于吸收光子的能量时,这种能量差就是斯托克斯位移。
斯托克斯位移是两个作用的结果:振动弛豫或耗散和溶剂重组。荧光基团具有偶极,被水分子包围。当荧光基团进入激发态时,它的偶极矩会改变,但是水分子不会相应调整得这么快。只有在振动弛豫之后,它们的偶极矩才会重新排列。

中文名斯托克斯位移

外文名Stokes shift

别名斯托克位移

释 义荧光光谱较相应的吸收光谱红移

反位移如果发射的光子有更多的能量,那么这个能量差被称为反斯托克斯位移;这种额外的能量来自晶体冷却过程中晶格中热声子的耗散。掺杂氧硫化钆的氧硫化钇是一种常见的工业反斯托克斯颜料。该颜料在近红外区吸收光子,在可见光谱区发射。另一个反斯托克斯过程是光子上转换,该过程可通过上转换纳米粒子实现。[1]

荧光斯托克斯荧光是吸收较短波长(较高频率或能量)光子的分子发射较长波长光子(较低频率或能量)。[6] 对于每一个特定的分子结构,能量的吸收和辐射(发射)都是不同的。如果一种材料具有可见光范围内的直接带隙,照射在其上的光被吸收,从而将电子激发到更高的能量状态。电子保持激发态大约10-8秒。根据样品的不同,该数值在几个数量级上变化,该时间称为样品的荧光寿命。在通过振动弛豫损失少量能量后,分子返回基态,并释放能量。

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