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三分鐘了解拉曼光譜
來源: | 作者:Y-SPEC | 發(fā)布時間: 1821天前 | 882 次瀏覽 | 分享到:
一看就懂，一學(xué)就會。
      在印度有位科學(xué)家——C.V.拉曼（Raman）,拉曼光譜（Raman apectra）便是以此命名，它是一種分子結(jié)構(gòu)檢測手段。

圖1：印度科學(xué)家拉曼

拉曼光譜是散射光譜， 對與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息；由分子振動、固體中光學(xué)分子等激發(fā)與激光相互作用產(chǎn)生的非彈性散射稱為拉曼散射，以橫坐標(biāo)表示拉曼頻移，縱坐標(biāo)表示拉曼光強(qiáng)，與紅外光譜互補(bǔ)，可用來分析分子間鍵能的相關(guān)信息。

一、拉曼發(fā)展歷史：
       1922年，斯梅卡爾預(yù)言新的譜線頻率與方向都發(fā)生改變。1928年，印度科學(xué)家拉曼實驗發(fā)現(xiàn)拉曼散射，并于1930年獲得諾貝爾獎。同年，曼迭利斯塔姆、蘭茲貝爾格在石英中觀測到拉曼散射。1930~1960年，受散射光強(qiáng)度低的影響，拉曼光譜經(jīng)歷了30年的應(yīng)用發(fā)展限制期。1960年以后，激光技術(shù)的興起，激光成為拉曼光譜的理想光源，隨著不斷改進(jìn)，拉曼散射信號強(qiáng)度大大調(diào)高，拉曼光譜技術(shù)得以迅速發(fā)展，拉曼光譜廣泛應(yīng)用于化學(xué)。物流、醫(yī)藥、生命科學(xué)等領(lǐng)域，越來越受研究者的重視。
二、拉曼光譜技術(shù)：
      拉曼效應(yīng)：也稱拉曼散射，1928年由印度物理學(xué)家拉曼發(fā)現(xiàn)，拉曼散射光譜反映了分子的振動轉(zhuǎn)動能級信息，拉曼散射光譜技術(shù)結(jié)合拉曼光譜與光譜分析及化學(xué)計量學(xué)等方法，利用拉曼散射光譜的特征峰位置及其強(qiáng)度等信息可以對物質(zhì)進(jìn)行鑒別與分析，是一種快速、便捷、無損傷的物質(zhì)定性定量分析技術(shù)。拉曼效應(yīng)是光子與光學(xué)支聲子相互作用的結(jié)果。光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射。
      彈性碰撞：光子和分子之間沒有能量交換，僅改變了光子的運動方向，其散射頻率等于入射頻率，這種類型的散射在光譜上稱為瑞利散射。
      非彈性碰撞：光子和分子之間在碰撞時發(fā)生了能量交換，即改變了光子的運動方向，也改變了能量。使散射頻率和入射頻率有所不同。此類散射在光譜上被稱為拉曼散射。

                                                                                               圖2：拉曼散射示意圖

表1：光譜種類區(qū)分表

      拉曼頻移（Raman shift）：拉曼光譜的橫坐標(biāo)稱作拉曼頻移。拉曼散射分為斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼實驗檢測到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的頻率之差值稱拉曼頻移（Raman shift）：Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光頻率與激發(fā)光頻之差。Δv取決于分子振動能級的改變，所以他是特征的，并且拉曼光譜與入射光波長無關(guān)，適應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)的分析。
三、拉曼測試：

     拉曼光譜可測試物質(zhì)組成，張力和應(yīng)力，晶體對稱性和取向，晶體質(zhì)量，物質(zhì)總量，物質(zhì)官能團(tuán)的信息等。

圖3：拉曼光譜的檢測內(nèi)容

       拉曼光譜與紅外光譜的比較：
       拉曼光譜與紅外光譜都能獲得關(guān)于分子內(nèi)部各種簡正振動頻率及有關(guān)振動能級的情況，從而可以用來鑒定分子中存在的官能團(tuán)。但兩者產(chǎn)生的原理和機(jī)制都不同，在分子結(jié)構(gòu)分析中，拉曼光譜與紅外光譜相互補(bǔ)充，一些在紅外光譜無法檢測的信息在拉曼光譜能很好地表現(xiàn)出來。紅外光譜側(cè)重于檢測基團(tuán)，適用于極性鍵，多用于測有機(jī)物，拉曼光譜檢測分子骨架，適用于非極性鍵，有機(jī)無機(jī)均可測試。

樣品要求：

拉曼光譜測試對象與紅外光譜類似，多用于檢測有機(jī)官能團(tuán)和鍵能之間的信息（對金屬類檢測意義不大，但也有部分文獻(xiàn)提到以拉曼光譜檢測反應(yīng)產(chǎn)物）。信號強(qiáng)一些的固體樣品可直接測定，樣品制備時稍微壓一下即可。拉曼信號比較弱的材料就需要做增強(qiáng)處理。測試液體的話,就要注意容器的材料,最好是避免產(chǎn)生熒光。

四、拉曼的部分應(yīng)用領(lǐng)域

                           

                                

                            
                              

五、疑難解答：
      1.如何用拉曼光譜儀測透明的有機(jī)物液體，測試時放到了玻璃片上測出來的結(jié)果是玻璃的光譜。答：聚焦位置不對，聚在玻璃上了，用凹面載玻片，液體量會比較多，然后用顯微鏡聚焦好就可以了，如果液體有揮發(fā)性，最好液體上用蓋玻片，然后焦點聚焦到蓋玻片以下。
      2. 做生物樣品的拉曼光譜，獲得的圖里面有很強(qiáng)的熒光，有人說，如果拉曼得不到就用其熒光譜。那么在拉曼譜里面得到的熒光背景，是真正的熒光特征譜嗎?這和熒光光譜儀里面的熒光圖有什么區(qū)別?答：拉曼譜中的熒光和熒光譜中的熒光是一樣的，只要激發(fā)波長和功率密度相同。但有一點要注意，不同波長的激發(fā)光照射樣品，得到的拉曼相近，但熒光可以有很大不同，甚至相同波長不同功率激發(fā)，熒光譜都大不一樣。
     3. 什么是共焦顯微拉曼光譜儀?答：共焦拉曼指的是空間濾波的能力和控制被分析樣品的體積的能力。通常主要是利用顯微鏡系統(tǒng)來實現(xiàn)的。
     4. 激光拉曼測試，樣品如何預(yù)處理?答：一般來說，樣品都不需要做預(yù)處理，不象紅外那樣麻煩。分析固體和液體比較容易，氣體就難了，除非密度很大，否則只能用大型拉曼

六、結(jié)束語：

在這里元譜光電推薦幾本相關(guān)書籍，興趣愛好者可以翻閱：

[1] 中本一雄, 黃德如, 汪仁慶. 無機(jī)和配位化合物的紅外和拉曼光譜[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 1991。

[2] 朱自瑩. 拉曼光譜在化學(xué)中的應(yīng)用[M]. 東北大學(xué)出版社, 1998。

[3] 潘家來. 激光拉曼光譜在有機(jī)化學(xué)上的應(yīng)用[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 1986。

[4] 楊序綱, 吳琪琳. 拉曼光譜的分析與應(yīng)用 :Raman spectroscopy analysis and application[M]. 國防工業(yè)出版社,2008。