和频振动光谱测量系统（1）-基本原理

和频振动光谱测量系统-Sum Frequency Generation Vibrational Spectroscopy (SFG-VS) 是一种强大而多功能的表面和界面原位研究方法。在 SFG-VS 实验中，脉冲可调谐的红外 IR（ωIR）激光束与可见光 VIS（ωVIS）激光束混合产生一个输出，其频率为求和频率（ωSFG = ωIR + ωVIS）。SFG 是一种二阶非线性过程，仅允许在没有反演对称性的介质中发生。在表面或界面上，反演对称性必然被破坏，这使得 SFG 具有高度的表面特异性。随着红外波长的扫描，界面上分子的活性振动模式会对 SF 信号产生共振贡献。共振增强提供了关于表面特征振动跃迁的光谱信息。

振动和频发生（SFG）光谱学对于分子界面水平分析具有几个重要优点，包括（i）表面敏感性，（ii）振动特异性以及（iii）通过分析偏振相关的SFG光谱，提取关于分子基团在界面上排列和定向的详细信息的可能性。相较于传统的光谱学方法，SFG光谱学具有许多独特的优势。

SFG信号产生图（a）和SFG过程分子能级图（b）

优势 ▶ 对表面层分子的方向敏感且具有选择性 ▶ 内在地具有表面特异性 ▶ 对吸附物种具有选择性 ▶ 对亚单分子层分子敏感 ▶ 适用于所有可用光达到的界面 ▶ 无破坏性 ▶ 具有高光谱和空间分辨能力

应用领域：

▶ 对固体、液体、聚合物、生物膜和其他系统的表面和界面进行研究 ▶ 研究表面结构、化学组成和分子取向 ▶ 在恶劣环境下进行遥感测量 ▶ 研究在真实大气环境中的表面反应、催化、表面动力学 ▶ 研究外延生长、电化学、材料和环境问题。

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