激光拉曼光譜儀（yí）的原理你了解嗎?

激光拉曼（màn）光譜（pǔ）儀是一個集合了激光光譜學、精密機械和微電（diàn）子係統的綜合測量體係。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散射光強隨頻率分布的譜（pǔ）圖。應用主要是對各種固態、液態、氣態物質的分子組成、結構及相（xiàng）對含量等進行分析，實現（xiàn）對物質的鑒別與定性。要想在操作時不出現差錯，操作（zuò）者在操作之前應（yīng）該要了解（jiě）一下激光（guāng）拉曼光譜儀基（jī）本的知識，激（jī）光拉曼光譜儀的（de）原理你了解嗎?

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（yǐ）使（shǐ）入（rù）射光發生散射。大部分光隻是改（gǎi）變方向發（fā）生散射，而光的頻率仍與激發光的頻率相同，這種散（sàn）射稱為瑞利散射;約占（zhàn）總散射光（guāng）強（qiáng）度的 10-6～10-10的散射，不僅改變（biàn）了光的傳播方（fāng）向（xiàng），而且散射光的頻率也改變了，不同於激發光的頻率（lǜ），稱為拉曼散射。拉曼散射中頻（pín）率減少的稱為斯托克斯散射，頻率增加的散（sàn）射稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托（tuō）克斯散射強得多，拉曼光譜儀通常測定的大多是斯托克斯散射，也（yě）統稱為拉曼（màn）散射（shè）。

散射光與入射光之間的（de）頻率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光頻率無關，它隻（zhī）與散射分子本身的結構有關。拉（lā）曼（màn）散射是由於分子極化率的改變而產（chǎn）生的。拉曼位移取決於分子振動（dòng）能及的變化，不同化學鍵（jiàn）或基團有（yǒu）特征的分子（zǐ）振動，ΔE反映了指定（dìng）能級的變化，因此（cǐ）與之對應的拉曼位移也是特征的。這是拉曼（màn）光譜可以作（zuò）為分子結（jié）構定（dìng）性分析的依據。

二、激光拉曼光譜儀應用

拉曼光（guāng）譜技術以其信息豐富，製樣簡單，水的幹擾小等獨特的優點，在化學、材料、物理、高分子、生物、醫藥、地質等領域有廣泛的應用（yòng）。

1、拉曼光譜在化學研究中的應用

拉（lā）曼光譜在（zài）有機（jī）化學方麵主要是用作結構鑒定和分子（zǐ）相互（hù）作用的手段，它與紅外光譜互為補充，可以鑒別特殊的結構特征或特征基（jī）團。拉曼位移的大（dà）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子（zǐ）異構體判斷的依據。在無機化合物中金屬離子和配位體間的共價鍵常具有拉曼活性，由此（cǐ）拉曼光譜可提供有關配位化合物的組成、結（jié）構和穩定性（xìng）等信息。另外，許多無機化合物具有多種晶型結構，它們具有不（bú）同的拉曼活性，因此用拉曼光譜能測定和鑒別紅外光譜無法完成（chéng）的無機化合物的晶型結構。

在催化化學中（zhōng），拉曼光譜（pǔ）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（cuī）化劑製備過程進行實時研究。同時，激光拉曼光譜（pǔ）是研究電（diàn）極/溶液界麵的結（jié）構和性能的重要方法，能夠在分（fèn）子水平上深入研究電化學界麵（miàn）結構、吸附和反應等基礎問題並應用於電催化、腐蝕和電鍍等領域。

2、拉曼（màn）光譜在高分子材料中的應用

拉曼光譜可提（tí）供聚合物材料結構方麵的許多重要信息。如分子結構與組成、立體規整性、結晶與去（qù）向、分子相互作用，以及表麵和界麵的結構等。從拉曼峰的寬度可以表征高分子材料的立體化學純度（dù）。如無規立場試樣或（huò）頭-頭，頭-尾結構混雜的樣品，拉曼峰是弱而寬（kuān），而高度有序（xù）樣品具有（yǒu）強而尖銳的拉曼峰。研究內容包括：

(1)化學結（jié）構和立構（gòu）性判斷：高分子中的C=C、C-C、S-S、C-S、N-N等骨架對（duì）拉曼光譜非常敏感，常用來研究高分子的化學組份和結構。

(2)組分定量（liàng）分析：拉曼散射強度與高分子（zǐ）的濃度成線（xiàn）性關係，給高分子組分含量分析帶來方（fāng）便。

(3)晶（jīng）相與無定形相的表征以及聚合物結晶過程和（hé）結晶度（dù）的監（jiān）測。

(4)動力學過（guò）程研（yán）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（tè）征（zhēng）譜帶會有強（qiáng）度的改變。

(5)高分子（zǐ）取向研究：高（gāo）分子鏈的各向異（yì）性必然（rán）帶來對光散射的各向異性，測量分（fèn）子的拉（lā）曼帶退偏比（bǐ）可以得（dé）到分子構型或構象等方麵的重要信息。

(6)聚合物共混物的相（xiàng）容性（xìng）以及分子（zǐ）相互作用研究。

(7)複合材料應力鬆（sōng）弛和應變過程的監測。

(8)聚合反應過程和聚合（hé）物固化過程監控。

3、激光拉曼光譜儀在材料科學研究中（zhōng）的應用

拉曼光譜在（zài）材（cái）料（liào）科學中是物質結構研究的有力工具，在相組成界（jiè）麵、晶界（jiè）等課（kè）題中可以做很多工作。包括：

(1)薄膜結（jié）構材（cái）料拉曼研究：拉曼光譜已（yǐ）成CVD(化學氣相沉積法)製備薄（báo）膜的檢測和鑒定手段。拉（lā）曼（màn）可以研究單、多、微和非晶矽結構以及硼化非晶矽、氫化非晶矽、金剛石、類金剛石等層狀薄膜的結構。

(2)超晶格材料（liào）研究：可通（tōng）過測量超晶格中的應變層的拉曼頻移計算出應變層的應力，根據拉曼峰（fēng）的對稱性（xìng），知道晶格的完整性。

(3)半導體材料（liào）研究：拉曼光譜可測出經離子注入後的半導體損傷分布，可測出（chū）半（bàn）磁半導體的組分，外延層的質量，外延層混品的組分載流子濃度。

(4)耐高溫材料（liào）的相結構拉曼研究。

(5)全碳分子的拉曼研究。

(6)納米材料的（de）量子尺寸效應研究。

4、拉曼光譜在生物學（xué）研（yán）究中的（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然狀態、活性狀態下來研究生（shēng）物大分（fèn）子的結構及其變化。

生物大分子的拉曼光（guāng）譜可（kě）以同時得到許多寶貴的信息：

(1)蛋白質二級結構：α-螺旋、β-折疊、無規卷曲及β-回轉

(2)蛋白質主鏈構像：酰（xiān）胺（àn）Ⅰ、Ⅲ，C-C、C-N伸縮振動

(3)蛋白質側鏈構像：苯丙（bǐng）氨酸、酪氨酸、色氨酸的側鏈和後二者的構（gòu）像及存在形式隨其微環境的變化

(4)對構像變化敏感（gǎn）的羧基、巰基、S-S、C-S構像變化

(5)生物膜的脂肪酸碳氫鏈旋轉異構現象。

(6)DNA分子結構以及（jí）和DNA與其他分（fèn）子間的作（zuò）用。

(7)研究脂（zhī）類和生物膜的相互作用、結構、組分等。

(8)對生物膜（mó）中蛋白質與脂質相互作用提供重要（yào）信息。

5、拉曼光譜在中草藥研究中的應用

各種中草（cǎo）藥因所含化學成分的不同而反映出拉曼光譜的（de）差異（yì），拉曼光譜（pǔ）在中草（cǎo）藥研究中的應用包括（kuò）：

(1)中（zhōng）草藥化學成分（fèn）分析

高效（xiào）薄層色譜(TLC)能（néng）對中草（cǎo）藥進行有效（xiào）分離但無法獲得各組份化合物的結構信息，而表麵增強拉曼（màn）光譜(SERS)具有峰形（xíng）窄、靈（líng）敏度高、選擇性好的優（yōu）點（diǎn），可對中草藥化學成分進行高靈敏度的檢測。利用（yòng）TLC的分離技術和SERS的指紋性鑒定結合，是一種在TLC原位分析中草藥成分的新方法。

(2)中草藥的無損鑒別

由於拉曼光譜分析，無需破壞樣品，因此能對（duì）中草藥樣品進行無損鑒別，這對名（míng）貴中中草藥的研究特別重要（yào）。

(3)中草（cǎo）藥的穩定性研究

利用拉（lā）曼光譜動態跟蹤中草藥的變質過程，這對中草藥（yào）的穩定性（xìng）預測、監（jiān）控藥材的質量具有（yǒu）直接的指導作用。

(4)中藥的優化

對於（yú）中草藥及（jí）中成藥和複方這一複雜的混合物體係，不需任何成分分離提取直接與細菌和細胞作用，利用拉曼光譜無損采集（jí）細菌和細（xì）胞的光譜圖，觀（guān）察（chá）細菌和細胞的損傷程度（dù），研究其藥理作用，並進（jìn）行中藥材、中（zhōng）成藥和方劑的優化研究。

6、拉曼光譜（pǔ）技術在寶石研究中的應用

拉曼光譜技（jì）術已被成功地應用於寶石學（xué）研究和寶（bǎo）石鑒定領域。拉曼光譜技術可以準確地鑒定寶石內部的包裹體（tǐ），提供寶石（shí）的成因及產地信息，並且可以有效、快速、無損和準確地鑒定寶石的類別--天然寶石、人工合成寶石和優化處理寶（bǎo）石。

(1)拉（lā）曼光譜在寶石包裹體研究中的應用

拉曼光譜（pǔ）可以用於（yú）寶石包裹體化學成分（fèn）的定性、定量檢測，利用拉曼光譜技術（shù）研究礦物內（nèi）的包裹體特征，可以獲得有關寶石礦物的成因及產地（dì）的信息。

(2)拉曼光譜在寶石鑒定中的（de）應用

拉曼光譜測試的（de）微區（qū）可達1-2um，在寶石鑒定中具有明顯的優勢，能夠探測寶石極其微小的雜質、顯微內含物（wù）和（hé）人工摻雜物，且能滿足寶石鑒定所必須的無損、快速的要求。

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