激光拉曼光譜儀的原理你了解嗎?

激光拉（lā）曼光譜儀是一個集（jí）合了激光光譜學、精密機（jī）械和微電子係統（tǒng）的綜合測量體係。其終結果是獲得（dé）散射介質在一定方向上具有一定偏振態的（de）散射光強（qiáng）隨頻率分布（bù）的（de）譜圖。應用主要是對各種固態、液態、氣態物質的分子組成、結構及（jí）相對含量等進行分析，實現對物質的鑒（jiàn）別與定性。要（yào）想在操作（zuò）時不（bú）出（chū）現差錯，操作者在操（cāo）作之前應該要（yào）了解一下激光拉曼光譜（pǔ）儀（yí）基本的知識，激光拉曼光譜儀的原理你（nǐ）了解嗎（ma）?

1、激光拉曼光譜儀基本原理

當一束頻率為v0的單色光照射到樣品上後，分子可以使入射光（guāng）發生散（sàn）射。大部分光隻（zhī）是改變方向發生散射，而光的頻率仍與激發光的頻率相同，這種（zhǒng）散射稱為瑞利散射;約（yuē）占總散射光（guāng）強度的 10-6～10-10的散射（shè），不（bú）僅改（gǎi）變了光的傳播方向，而且散射（shè）光的頻率也改變了（le），不同於激發光的頻（pín）率，稱為拉（lā）曼散射。拉曼散（sàn）射中頻率（lǜ）減少的稱為斯托克（kè）斯散射，頻率（lǜ）增加的散射稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射（shè）通常要比反斯托克斯散射強得多，拉曼光（guāng）譜儀通常測定的大多（duō）是斯托克斯散射，也統稱為拉曼（màn）散射。

散射光與入（rù）射光（guāng）之間的頻（pín）率差v稱為拉（lā）曼位移，拉曼（màn）位移與入射光頻率無關，它隻（zhī）與散射分子本身的結構有（yǒu）關。拉曼散射是由於分子極化率的改變而產生的。拉曼位移取決於分子（zǐ）振動能及（jí）的（de）變化，不同化學鍵或基團（tuán）有特征的（de）分（fèn）子振動，ΔE反映了指定能級的變化，因（yīn）此與之對應的拉曼位移（yí）也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結構定性（xìng）分析的依據。

二、激光拉曼光譜儀應用

拉曼光譜技（jì）術以其信息豐富，製樣簡單，水的幹擾小等獨特的（de）優（yōu）點，在化學、材料、物理、高分子、生物、醫藥、地（dì）質等領域有廣泛的應用。

1、拉曼光譜在化學研究中的應用

拉曼光譜在（zài）有機（jī）化學方麵主要是用作（zuò）結（jié）構鑒（jiàn）定和分子相互作用的手段（duàn），它與紅外光譜互為補充（chōng），可以鑒別特殊的結構特征或特征基團。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵、官能團的重要依據。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分（fèn）子異構體判斷的（de）依據。在無機化（huà）合物中金屬（shǔ）離子和（hé）配位體間的共價鍵（jiàn）常具有拉曼活（huó）性，由此拉曼（màn）光譜可提供有關（guān）配位化合物的組成、結構和穩定性等信息。另外，許多（duō）無機化合物（wù）具有多（duō）種晶型結構，它們具有不同的拉（lā）曼活（huó）性，因此用拉（lā）曼光譜能測定和鑒別紅外光譜（pǔ）無（wú）法完成的無機化合物（wù）的（de）晶型（xíng）結構（gòu）。

在催（cuī）化化學中，拉曼光（guāng）譜能夠提供催化劑本身以及表麵上物種的結構信息，還可以對催化劑製備過程進行實時研究。同（tóng）時，激光拉曼光譜是研究電極（jí）/溶液界（jiè）麵的結構和性能的重要方法，能夠在分子水平上深入研究電化學界麵結構、吸附和反（fǎn）應等（děng）基礎問題（tí）並應用於電催化、腐蝕（shí）和電鍍等領域。

2、拉曼光譜在高分子材料中的應（yīng）用

拉曼光（guāng）譜可提供聚合物材料結構方麵的許多重要信息。如（rú）分子結構與組成、立體規整性（xìng）、結晶與去向、分子相互（hù）作（zuò）用，以及表麵和（hé）界麵的結構等（děng）。從拉（lā）曼峰的寬度（dù）可以表征高分子材料的立體化學純度。如無規（guī）立場試樣或頭-頭（tóu），頭-尾結構（gòu）混雜的樣品，拉曼峰是弱而寬，而高（gāo）度有序樣品具有（yǒu）強而尖銳的拉曼峰。研究內容包括：

(1)化學結構和立構性判斷：高分子中的C=C、C-C、S-S、C-S、N-N等骨架對拉曼光譜（pǔ）非常敏感，常用來研究高分子的（de）化（huà）學組份和結構。

(2)組分定量分（fèn）析：拉曼散射強度與高分子的（de）濃度成線性關係，給高分子組分含（hán）量分析帶（dài）來方便。

(3)晶相與無定形相（xiàng）的表征（zhēng）以及聚合物結晶（jīng）過程和結晶度的（de）監測（cè）。

(4)動力學過程研究：伴隨高分（fèn）子反應的動力學過程如聚合、裂解、水解和結晶等。相應的拉曼光譜某些特征譜帶會有強度的改變。

(5)高分子取向研究：高分子（zǐ）鏈（liàn）的各向異性必然帶來對光散射的各向異性，測量分子的拉曼帶退偏（piān）比可（kě）以得到（dào）分子構型或構象等方麵的重要信息。

(6)聚合（hé）物共混物的相（xiàng）容性以及分（fèn）子相互作用研究。

(7)複合材料應力鬆弛和應變過程的（de）監測。

(8)聚合反應過程和聚（jù）合物固化過程監控。

3、激光拉曼光譜（pǔ）儀在材料科學研究中的（de）應用

拉曼光譜在材料科學中是物質結構研（yán）究的有力工具，在相組成界麵、晶界（jiè）等課題中可以做很多工作。包括：

(1)薄膜結（jié）構材料拉曼研究：拉曼光譜已成CVD(化學氣相沉積法)製備薄膜的檢測和鑒定手段（duàn）。拉曼可以研究單、多（duō）、微和非晶矽結構以及硼化非（fēi）晶矽、氫（qīng）化非晶矽、金剛石、類金（jīn）剛石等層狀薄膜的結構（gòu）。

(2)超晶格材料研究（jiū）：可通過測量超晶格中（zhōng）的應（yīng）變層的拉曼頻移（yí）計算（suàn）出應變層的（de）應力，根據拉（lā）曼峰的對稱性（xìng），知道晶（jīng）格的（de）完整性。

(3)半導體材料研究：拉曼光（guāng）譜可（kě）測出經離子注入（rù）後的半導體損傷分布，可測出半磁半導體的組分，外延層的質量，外延層混品的組分載流子（zǐ）濃度。

(4)耐高溫材料的相（xiàng）結構拉曼研究。

(5)全碳分子的拉曼研究。

(6)納米材料的量子尺寸效應研究。

4、拉曼光譜在生物學研究中（zhōng）的（de）應用

拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段，由於水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡單，故拉曼光譜可以在接近自（zì）然狀（zhuàng）態、活（huó）性狀態下（xià）來研究生物大分（fèn）子的結構及其變化。

生物大分子的拉曼光譜（pǔ）可（kě）以同（tóng）時（shí）得到許多寶貴的信（xìn）息：

(1)蛋（dàn）白質二（èr）級結構：α-螺（luó）旋、β-折疊、無規（guī）卷曲及β-回轉

(2)蛋白質主鏈構像：酰胺Ⅰ、Ⅲ，C-C、C-N伸縮振動

(3)蛋白質側鏈構像：苯丙氨酸、酪氨（ān）酸、色氨酸的側鏈和後二者的（de）構像及存在形式隨其微環境（jìng）的（de）變化

(4)對（duì）構像變化敏感的（de）羧基、巰基、S-S、C-S構（gòu）像變化

(5)生物膜的（de）脂肪酸碳氫鏈旋轉異（yì）構現（xiàn）象。

(6)DNA分子結構以及和DNA與（yǔ）其他分子間的作用（yòng）。

(7)研究脂類和生物膜的（de）相互作用（yòng）、結構、組分（fèn）等。

(8)對生物膜中蛋白質與脂質相互作用提供重（chóng）要信息。

5、拉曼光譜在中草藥研究中的應用

各（gè）種中草藥因（yīn）所含化學成分的不同而反映出拉（lā）曼光譜的差異，拉曼光譜在中草藥研究中的應用包括：

(1)中草藥化學成分分（fèn）析

高效薄層（céng）色譜(TLC)能（néng）對中草藥進行（háng）有效分離但無法獲得各組份化合物的結構信息（xī），而（ér）表麵增強拉曼光（guāng）譜(SERS)具有峰形窄、靈敏度（dù）高、選擇性好的優點，可對中（zhōng）草（cǎo）藥化學成（chéng）分進行高靈（líng）敏度的檢測。利用TLC的分離技術（shù）和SERS的指紋性（xìng）鑒定（dìng）結合，是一（yī）種在TLC原位分析中草藥成分的新方法。

(2)中草藥的無損鑒別（bié）

由於拉曼光譜分（fèn）析，無需破壞樣品，因（yīn）此能對中草藥樣品進行無損鑒別，這對名貴中中草藥的（de）研究特別重要（yào）。

(3)中草藥的穩定性研究

利用拉曼光譜動態跟蹤中草藥的變質過程，這對中（zhōng）草藥的穩定性預測、監控藥材的質量具有直接（jiē）的（de）指導作用。

(4)中藥的優化

對（duì）於中草藥（yào）及中成藥和複方這一複雜的混合物體（tǐ）係，不需任何成分分（fèn）離提取直接與細菌（jun1）和細胞作用，利用拉曼光譜無損采集細菌和細胞的光（guāng）譜圖，觀（guān）察細菌和細胞的損傷程度，研（yán）究其藥理作用，並進行中藥材、中成藥和方劑的優化研究。

6、拉曼光譜技術在寶石研究中的應用

拉曼光譜技術已被成功地應用（yòng）於寶石學研究和寶石鑒（jiàn）定領（lǐng）域。拉曼光譜（pǔ）技術可以準確（què）地鑒定寶石內部的包裹體，提（tí）供（gòng）寶石的成因及（jí）產地信息，並且可以有效、快速、無損和準（zhǔn）確地鑒定寶石的類別--天然寶石、人工合成寶石（shí）和優化處理（lǐ）寶石。

(1)拉曼光譜在寶（bǎo）石包裹體研究中的應（yīng）用

拉曼光譜可以用於寶石包（bāo）裹體化學成分的定性、定量檢測，利用拉曼光譜技術研究礦物內的包裹體特征，可以獲得（dé）有關寶（bǎo）石礦物的成（chéng）因及產地的信息。

(2)拉曼光譜在（zài）寶石鑒定中的應用

拉曼光譜測試的微區可達1-2um，在寶石（shí）鑒定中具有明顯的優勢，能（néng）夠（gòu）探測寶石極其微小的雜質、顯微內含（hán）物和（hé）人工摻雜（zá）物，且能滿足寶石（shí）鑒定所必須的無損、快速的要求。

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