斯托克斯位移（斯托克斯位移大小说明什么）

各位老铁们好，相信很多人对斯托克斯位移都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于斯托克斯位移以及斯托克斯位移大小说明什么的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！

本文主要内容一览

• 1、原子物理谱线间隔怎么求
• 2、斯托克斯位移一般多大
• 3、光致发光是斯托克斯线吗
• 4、拉曼默认测的三个点是

斯托克斯位移（斯托克斯位移大小说明什么）

1原子物理谱线间隔怎么求

双原子分子的纯转动能级和光谱

纯转动光谱：分子在同一电子能级和同一振动能级的不同转动能级之间跃迁，只出现在极性异核双原子分子，位于远红外和微波区域。

室温下分子热运动的能量远大于转动能级的间隔，有许多分子处在转动激发态。

跃迁谱线的波数为： 双原子分子的纯转动光谱是等间隔的，相邻光谱线之间的波数差为：

纯转动的电偶极跃迁的选择定则：

离心力修正（纯转动光谱谱线间距随量子数 增大而缩小）：

相邻谱线间隔：

2.双原子分子的纯振动能级和光谱

纯振动光谱：分子在同一电子能级的不同振动能级和不同转动能级之间跃迁，只出现在极性异核双原子分子，位于红外区域。

室温下，大多数分子处在振动基态上。

跃迁谱线的波数为：

振动的电偶极跃迁的选择定则：

非谐性修正（纯振动光谱谱线间距随量子数 增大而缩小）：

基频带：

第一泛频带：

第二泛频带：

3.双原子分子的振转光谱

考察 的跃迁，不考虑离心畸变，产生谱线波数为

较高的振动能级有较大的核间距离 ，即 .

振转光谱选择定则

(1) 支： ，即

(2)$P$ 支： ，即

由于跃迁 禁忌， 称为谱带的基线。

在 时， 支和 支的谱线是等间隔的，间隔为 ，基线位置的空缺为 。

由于离心畸变， 支的间隔大于 支。

4.双原子分子的电子振动转动光谱

(1)电偶极跃迁的选择定则：

(2)上下能级的电子能量、振动能量、转动能量分别为 和 ，两个能级跃迁的光子波数

忽略转动能量，先讨论振动结构

吸收光谱中只有$v=0$到$v$的谱线可以明显观察到，其谱线波数为

进一步考虑转动结构

a. 支： ，即

b. 支： ，即

c. 支： ,即 ( 到 除外)

若 ，谱线向紫端展开， 支为抛物线形； 若 ，谱线向红端展开， 支为抛物线形。

三、拉曼散射

1.瑞利散射线的波数：

斯托克斯线波数： 波长比瑞利线长

反斯托克斯线波数： 波长比瑞利线短

2.反斯托克斯线的强度比斯托克斯线弱很多，在双原子分子中几乎观察不到； 随着温度的升高，反斯托克斯线的强度迅速增强，而斯托克斯线的强度变化不大。

3.大拉曼散射与振动能级有关，小拉曼散射与纯转动能级有关。

4.拉曼散射中转动能级跃迁的选择定则：

5.小拉曼散射

(1)中心最强的瑞利散射线：

(2)斯托克斯线：

(3)反斯托克斯线：

小拉曼位移的斯托克斯线和反斯托克斯线几乎是等强度的。

6.大拉曼散射

(1) 支： ，即

(2) 支： ，即

(3) 支： ，即

对于 的振动跃迁来讲， 。

拉曼位移大小分别为

(1) 支：

(2) 支：

(3) 支：所有谱线靠在一起，在 处形成一条很强的展宽谱线，拉曼位移的大小 。

补充公式和组合常数

1.单晶衍射：

2.布拉格衍射：

3.法拉第常数：

4.电子经典半径：

5.原子半径（球形原子假设）：

6.经典理论原子的核式模型：

7.氢原子的量子力学解(特殊解)：

a.角向：

b.径向(只有 的 , 和 的波函数在原点 处不为0)：

8.拉莫尔进动：

9.原子的数密度：

10.波长 、波数 、频率 的关系：

11.相对论能量和动量关系：

12.相关复合常数：

13. 的幂词头换算：

斯托克斯位移（斯托克斯位移大小说明什么）

2斯托克斯位移一般多大

荧光素的斯托克斯位移大约为20纳米，奎宁的位移是110纳米，卟啉的位移超过200纳米。根据查询相关公开信息：斯托克斯位移是荧光光谱中发射波长与激发波长之间的差值。

3光致发光是斯托克斯线吗

1852年G.G.斯托克斯在研究光致发光的光谱时，提出了一个论断：发光的波长总是大于激发光的波长。后来,在大量的实验中，出现了很多例外。于是,把发光谱线分为两类，符合上述关系的叫做斯托克斯线，它的波长和激发光的波长之差,称为斯托克斯位移。反之,称为反斯托克斯线，相应的波长差称为反斯托克斯位移。由于存在很多例外，上述斯托克斯提出的论断就不是规律，而只能称为定则。1879年E.洛梅尔概括了大量实验结果，把斯托克斯定则修改为：发光光谱的峰值及重心的波长总是大于激发光光谱的峰值及重心的波长，称为斯托克斯－洛梅尔定律。

1927年C.И.瓦维洛夫定律揭示了发光效率随着激发光的波长而变化的规律：在斯托克斯区（即发光波长大于激发光波长的频段）发光的能量效率随着激发光波长的增加而上升，而发光的量子效率不因激发光波长的增大而改变；但是，进入反斯托克斯区以后，发光效率就急剧地下降。从而，进一步揭示了斯托克斯规则的物理内容。

近代关于发光光谱的研究则又深入一步地阐明了产生斯托克斯位移的物理过程。它反映发光中心（见固体发光的电子跃迁所受周围环境的影响，是发光中心与振动中的点阵相互作用的结果。对宽频带发光过程来说，斯托克斯位移是很有益的，因为它可以避免发光被材料再吸收。近年发现了将长波光转换为短波光的材料（上转换材料），它吸收两个以上的光子后，发射出一个能量较大的光子，一般只是在高激发密度下才比较显著。

斯托克位移

荧光光谱较相应的吸收光谱红移，这被称为斯托克位移（Stoke’s shift）。

荧光光谱发生向短波方向的位移被称为反斯托克位移（Anti-Stoke’s shift）。

相干反斯托克斯-拉曼散射

当入射光是一束足够强的激光时，斯托克斯谱线的强度开始比例于自身而增长，具有明显的受激特性，这就是受激拉曼散射。受激拉曼散射是强激光与物质相互作用所产生的受激声子(光学支声子)对入射光的散射，而自发拉曼散射是热振动声子对入射光的散射，其散射具有随机性特点。受激拉曼散射过程中入射光子()主要被光学支声子()所散射。对斯托克斯线的受激拉曼过程可简述如下：最初一个入射于介质的相干光子与一个热振动声子碰撞，产生了一个斯托克斯光子()，同时增添一个光学支声子，这个光学支声子再与入射光子相碰撞，又增添一个光学支声子，同时产生一个斯托克斯光子。这样重复下去，形成一个雪崩过程。产生光学支声子的过程，关键在于有足够多的入射光子，由于光学支声子所形成的声波是相干的，入射光波也是相干的，所以拉曼散射后所形成的斯托克斯光子也是相干的，这就是一阶斯托克斯散射的受激过程。反斯托克斯线则是入射于介质的相干光子与光学支声子作用，产生一个反斯托克斯光子()。当斯托克斯光强到一定程度时，它自身还会作为泵浦光，发生更高阶的拉曼散射。受激拉曼散射的本质就是入射光和斯托克斯光之间的相互耦合引起这两个光波之间的有效能量转移。受激拉曼散射满足动量守恒和能量守恒：

光子晶体光纤中的反斯托克斯现象

利用自制的光子晶体光纤(PCF),通过逐渐增加抽运脉冲的中心波长λ0,使其主要处于反常色散区,观测到了不同非线性效应作用下的频谱变化尤其是显著的反斯托克斯现象.通过调节耦合光束的入射方向,使光纤稳定输出为第一高阶模.在λ0达到并超过第一高阶模的零色散波长(820 nm)的过程中,抽运波工作在反常色散区,其向反斯托克斯波的能量转化逐渐增强.尤其当λ0超过860 nm之后,反斯托克斯波的强度可达到抽运波剩余强度的5倍,转换效率达到了80%.

4拉曼默认测的三个点是

拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。

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。

拉曼光谱技术的优越性

提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。

1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。

2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器。

3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。

4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。

5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。

定性鉴别

拉曼光谱可提供任何分子中官能基团的结构信息。因此可用来鉴别试验和结构解析。多晶现象可以参照红外的处理。

定量测定

拉曼谱带的强度与待测物浓度的关系遵守比尔定律：IV=KLCI0其中IV是给定波长处的峰强，K代表仪器和样品的参数，L是光路长度，C是样品中特定组分的摩尔浓度，I0是激光强度。实际工作中，光路长度被更准确的描述为样品体积，这是一种描述激光聚焦和采集光学的仪器变量。上述等式是拉曼定量应用的基础。

拉曼光谱的原理

1、瑞利散射与拉曼散射

当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时，大部分光子仅是改变了方向，发生散射，而光的频率仍与激发光源一致，这种散射称为瑞利散射。但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向，而且也改变了光波的频率，这种散射称为拉曼散射。其散射光的强度约占总散射光强度的10-6～10-10。拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换改变了光子的能量。

2、拉曼散射的产生

光子和样品分子之间的作用可以从能级之间的跃迁来分析。样品分子处于电子能级和振动能级的基态，入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量，但又不足以将分子激发到电子能级激发态。这样，样品分子吸收光子后到达一种准激发状态，又称为虚能态。样品分子在准激发态时是不稳定的，它将回到电子能级的基态。若分子回到电子能级基态中的振动能级基态，则光子的能量未发生改变，发生瑞利散射。如果样品分子回到电子能级基态中的较高振动能级即某些振动激发态，则散射的光子能量小于入射光子的能量，其波长大于入射光。这时散射光谱的瑞利散射谱线较低频率侧将出现一根拉曼散射光的谱线，称为Stokes线。如果样品分子在与入射光子作用前的瞬间不是处于电子能级基态的zui低振动能级，而是处于电子能级基态中的某个振动能级激发态，则入射光光子作用使之跃迁到准激发态后，该分子退激回到电子能级基态的振动能级基态，这样散射光能量大于入射光子能量，其谱线位于瑞利谱线的高频侧，称为antiStokes线。Stokes线和anti-Stokes线位于瑞利谱线两侧，间距相等。Stokes线和anti-Stokes线统称为拉曼谱线。由于振动能级间距还是比较大的，因此，根据波尔兹曼定律，在室温下，分子绝大多数处于振动能级基态，所以Stokes线的强度远远强于anti-Stokes线。拉曼光谱仪一般记录的都只是Stokes线。

3、拉曼位移(RamanShift)

斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差Δν统称为拉曼位移(RamanShift)。斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强度强得多，在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克斯散射光线。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此，与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的理论依据。

4、拉曼谱参数

拉曼谱的参数主要是谱峰的位置和强度。峰位是样品分子电子能级基态的振动态性质的一种反映，它是用入射光与散射光的波数差来表示的。峰位的移动与激发光的频率无关。拉曼散射强度与产生谱线的特定物质的浓度有关，成正比例关系。而在红外谱中，谱的强度与样品浓度成指数关系。)样品分子量也与拉曼散射有关，样品分子量增加，拉曼散射强度一般也会增加。对于一定的样品，强度I与入射光强度I0、散射光频率ns、分子极化率a有如下关系：I=CI0ns4a2(这里C是一个常数)。

5、拉曼散射的选择定则

外加交变电磁场作用于分子内的原子核和核外电子，可以使分子电荷分布的形状发生畸变，产生诱导偶极矩。极化率是分子在外加交变电磁场作用下产生诱导偶极矩大小的一种度量。极化率高，表明分子电荷分布容易发生变化。如果分子的振动过程中分子极化率也发生变化，则分子能对电磁波产生拉曼散射，称分子有拉曼活性。有红外活性的分子振动过程中有偶极矩的变化，而有拉曼活性的分子振动时伴随着分子极化率的改变。因此，具有固有偶极矩的极化基团，一般有明显的红外活性，而非极化基团没有明显的红外活性。拉曼光谱恰恰与红外光谱具有互补性。凡是具有对称中心的分子或基团，如果有红外活性，则没有拉曼活性；反之，如果没有红外活性，则拉曼活性比较明显。一般分子或基团多数是没有对称中心的，因而很多基团常常同时具有红外和拉曼活性。当然，具体到某个基团的某个振动，红外活性和拉曼活性强弱可能有所不同。有的基团如乙烯分子的扭曲振动，则既无红外活性又无拉曼活性。