激光分析的原理

在激光光谱学，化学家在样品上训练激光束，产生特征光可以用光谱仪分析的来源。但是激光光谱学可以分为几个不同的流派，这取决于激光化学家喜欢哪种类型的激光，以及激光的哪个方面原子的他们学习的兴奋反应。让我们更仔细地看看其中的一些。

它是以发现它的印度科学家C.V.拉曼的名字命名的，拉曼光谱测量样品引起的单色光散射。从氩离子激光器发出的光束被一个镜子系统引导到一个透镜上，将单色光聚焦到样品上。大多数从样本反射回来的光会以与入射光相同的波长散射，但也有一些光会以不同的波长散射。这是因为激光与声子，或大多数固体和液体样品分子中自然发生的振动。这些振动导致激光束的光子获得或失去能量。能量的转移提供了系统中声子模式的信息，并最终提供了样品中分子的信息。

荧光指某些物质由于入射波长较短的辐射而发出的可见辐射。在激光诱导荧光（生活)，化学家通常只用氮激光器或氮激光器与染料激光器结合来激活样品。样品的电子被激发并跃迁到更高的能级。在电子返回基态之前，这种激发会持续几纳秒。当它们失去能量时，电子发出的光或荧光的波长比激光的波长长。因为每个原子和分子的能量状态是独特的，荧光发射是离散的，可以用来识别。

LIF是一种应用广泛的分析工具。例如，一些国家已经采用了LIF来保护消费者免受农药污染的蔬菜。该工具本身由一个氮气激光器、一个传感器头和一个光谱仪组成，全部封装在一个小型的便携式系统中。一名农业检查员将激光对准蔬菜——比如说生菜叶子——然后分析产生的荧光。在某些情况下，可以直接鉴别农药。在其他情况下，它们必须根据它们与叶绿素的相互作用来识别，叶绿素是存在于所有叶子中的绿色色素。

激光烧蚀感应耦合等离子体光谱学（LA-ICP-OES)有一个复杂得可笑的名字，所以让我们从ICP开始，它是分析技术的核心。ICP中的“P”代表等离子体，一种由正离子和自由电子组成的电离气体。在自然界中，等离子体通常只在星星那里的温度高到足以电离气体。但是科学家们可以在实验室里用等离子手电筒来制造等离子体。火炬由三根由金属线圈包围的同心二氧化硅管组成。当电流通过线圈时，就会产生磁场，进而在气体(通常是氩气)中产生电流，使其通过二氧化硅管。这会激发氩气并产生等离子体。喷枪末端的喷嘴是等离子体的出口。

现在仪器可以分析样品了。在基于激光的ICP-OES中，钕掺杂钇铝石榴石(Nd:YAG)激光器用于切割或烧蚀样品表面的一些微观颗粒。这意味着分析不局限于液体——固体也可以。烧蚀后的粒子被带到等离子体炬中，在那里它们被激发并发光。

激光诱导击穿光谱(LIBS)与LA-ICP-OES相似，只是激光既烧蚀样品，又产生等离子体。由于LIBS近年来越来越受欢迎，我们接下来将给予它更多的关注。