激光（guāng）拉曼光譜儀（yí）的原理你（nǐ）了解嗎?

激光（guāng）拉曼光譜儀是（shì）一（yī）個集合了激光光譜學、精密機械和微（wēi）電子係統的綜合測量體係。其終結果是獲得散射（shè）介質在一定（dìng）方向上具有一定偏振態的散射光強隨頻率分布的譜圖。應用主要是對各種固態、液態、氣態物質的分子組成、結（jié）構及相對含量等進行分析，實現對（duì）物質的鑒別與定性。要想在操作時不（bú）出現差錯，操作者（zhě）在（zài）操作之前應該要了解一下激光拉曼光譜儀基本的知識（shí），激（jī）光（guāng）拉曼光譜儀的原理你了解嗎?

1、激光拉曼光（guāng）譜儀基本原理

當一（yī）束頻率為v0的單（dān）色光（guāng）照射到樣品上後，分子可以（yǐ）使入射光發生散射。大部分光隻是改變方向發生散（sàn）射，而光的頻率仍（réng）與激發光的頻率（lǜ）相同，這種散射稱（chēng）為瑞利散射;約占總散射光強度（dù）的 10-6～10-10的散射，不僅（jǐn）改變了光的傳播方向，而（ér）且（qiě）散射（shè）光的頻率也改變了（le），不同於激發光的頻率，稱為拉曼散射。拉曼散射中頻率減少的稱為斯托克斯散射，頻率增加的散射稱為反斯托克斯散射（shè），斯托克斯（sī）散射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是斯托克斯散射，也統稱為拉曼散射。

散射光與入射光之間（jiān）的頻率差v稱（chēng）為拉曼位移，拉曼位移與入（rù）射光頻率無關，它（tā）隻與散射分子本身的結構有關。拉曼散射是（shì）由於分子極化率（lǜ）的改變而產生的（de）。拉曼位移（yí）取決於分（fèn）子振動能及（jí）的變化，不同化學鍵或基團有特征的分子（zǐ）振動，ΔE反映了指定能級的變化（huà），因（yīn）此與之對應的拉曼位移（yí）也是（shì）特征的。這是拉曼光（guāng）譜可以作為分子結構定性分析的依據。

二、激（jī）光拉曼光譜（pǔ）儀應用

拉曼光譜（pǔ）技術以其信息豐富，製樣簡單，水的幹擾小（xiǎo）等獨特的優點（diǎn），在（zài）化學、材料、物理、高（gāo）分子、生物、醫藥（yào）、地質等（děng）領域有廣泛的（de）應用。

1、拉曼光譜在化（huà）學（xué）研究中的應用

拉曼光譜在有機化學（xué）方（fāng）麵主要是用作結構鑒定和分子相互作用（yòng）的手段，它與紅外光譜互為補（bǔ）充，可（kě）以鑒（jiàn）別特殊（shū）的結構特征或（huò）特征基團。拉曼位（wèi）移（yí）的大小、強（qiáng）度及拉曼峰形狀是鑒定化學鍵（jiàn）、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）子異構體判斷的依據。在（zài）無（wú）機化合物中金屬離（lí）子和配位體間的共價鍵常具有拉曼活（huó）性，由此拉（lā）曼光譜可提供有關配位化合物的組成、結構和穩定性等信息。另（lìng）外，許多無（wú）機化合物具有多（duō）種晶型結（jié）構，它們具有不同的拉曼活性，因此用拉曼光譜能測定（dìng）和鑒別紅（hóng）外光譜無法（fǎ）完成的無機化合物的晶型結構。

在催化化學中，拉曼光譜能夠提供催化劑本身（shēn）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。同時，激光拉曼光譜是研究電極/溶液界麵的結（jié）構和性能的（de）重要方法，能夠在（zài）分子水平上深入研究電化學界麵結構、吸附和反應等基（jī）礎問題並（bìng）應用於電催（cuī）化、腐蝕和電鍍等領域（yù）。

2、拉曼光譜在高分子材料中的應用

拉（lā）曼光譜可提供聚合（hé）物材（cái）料結構方（fāng）麵的（de）許多重要信息。如分子結構與組成、立體規整性、結晶與去向、分子相互作用，以及表麵和界麵的（de）結構等。從拉曼峰的寬（kuān）度可以（yǐ）表征高分子材料的立（lì）體化學純度。如無規立場試樣或頭-頭，頭-尾結構混雜的樣品，拉曼峰是弱（ruò）而寬，而高度（dù）有（yǒu）序樣品具有（yǒu）強而（ér）尖銳（ruì）的拉曼峰。研究內容包括：

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

(2)組分定量分析：拉曼散射強度與高分（fèn）子（zǐ）的濃度成線性（xìng）關係，給（gěi）高分子組分含量分析帶來方便。

(3)晶相與無定形相的表征以及聚合（hé）物（wù）結晶過程和結晶度的（de）監測。

(4)動力學過程研究：伴隨（suí）高分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（xiē）特征譜帶會有強度的改變。

(5)高分（fèn）子取向研究：高分子鏈（liàn）的（de）各向異性必然帶來對光散射的各向異（yì）性，測量（liàng）分子的拉曼帶退（tuì）偏比可以得到分子構型或構象等方麵的重要信息。

(6)聚合物共混物的相容性以及分子相（xiàng）互作用研究。

(7)複合材料應力（lì）鬆弛和應變過程（chéng）的監測（cè）。

(8)聚合反應過程和（hé）聚合物固化過程監控。

3、激（jī）光拉曼（màn）光譜儀在材料科學研究中的應（yīng）用

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

(1)薄膜結構材料拉曼研究：拉（lā）曼光譜已成CVD(化學氣相（xiàng）沉積法)製備薄膜的檢測（cè）和（hé）鑒定手段。拉（lā）曼可以研究單、多、微和非晶矽結構以（yǐ）及硼化非晶（jīng）矽、氫（qīng）化非晶矽、金剛（gāng）石、類金剛石等層（céng）狀薄膜的（de）結構。

(2)超（chāo）晶（jīng）格材料研究：可通過測量超（chāo）晶格中的應變層的拉曼頻移計算出應變層的應力，根據拉曼峰的對稱性，知道晶格的完整性。

(3)半導體材料研究：拉曼光譜（pǔ）可測出經離子注入後的半導體損傷（shāng）分布，可測出半磁半導體的組分，外延層的質量，外延層混品（pǐn）的組分載流子濃度。

(4)耐高溫材料的相結構拉曼研究。

(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（lā）曼光譜在生物學研究中的應用

拉曼光譜是（shì）研究生物大分子的有力手段，由於水的拉曼光譜很弱、譜圖（tú）又很簡（jiǎn）單，故拉曼光譜（pǔ）可以在接近自然狀態、活（huó）性狀態下來研究生物大分子（zǐ）的結構及其變化。

生物大分（fèn）子的拉曼光譜可以（yǐ）同時得到許多（duō）寶貴的信息：

(1)蛋白質二（èr）級結構：α-螺旋、β-折疊、無規卷曲（qǔ）及β-回轉（zhuǎn）

(2)蛋白質主鏈構像：酰胺Ⅰ、Ⅲ，C-C、C-N伸縮（suō）振動

(3)蛋白質側（cè）鏈構像：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的側（cè）鏈和後二者的構像（xiàng）及存在形式（shì）隨其（qí）微（wēi）環境（jìng）的變化

(4)對構（gòu）像變化敏感的羧基、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分子結構以及和DNA與其他分子間的作用。

(7)研究脂類和生物膜的相互作用、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要信息。

5、拉曼光譜在中草藥研（yán）究中的應用

各種中草藥（yào）因所含化學成分的不同而（ér）反映出拉曼光（guāng）譜的差異，拉曼光譜在中（zhōng）草藥（yào）研究（jiū）中的應用包括：

(1)中草（cǎo）藥化學成分分析

高效薄層色譜(TLC)能（néng）對中草藥進行有效分離但無法獲得各組份化合物的結構信息，而表麵增強拉曼光譜(SERS)具有峰形窄、靈敏度高、選擇性好的優點，可對中草藥化學成分進行高靈敏度的檢測。利用TLC的（de）分離技術和SERS的指紋性（xìng）鑒定結合，是一（yī）種在TLC原位分析中草藥成分的新（xīn）方法。

(2)中草藥的（de）無損鑒別

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

(3)中草（cǎo）藥（yào）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（zhè）對中草藥的穩定性預測、監（jiān）控藥材的質量具有直接的指導（dǎo）作用。

(4)中藥的優化

對於中草藥及（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細菌和細胞的光譜圖，觀察細菌和細胞的損傷程度，研究其（qí）藥理作用，並（bìng）進行中藥（yào）材、中成藥和方（fāng）劑的優化（huà）研（yán）究。

6、拉曼光譜技術在寶石研究中（zhōng）的應用

拉曼（màn）光譜技（jì）術已被（bèi）成功地（dì）應（yīng）用於寶石學研究和寶石鑒定領域。拉（lā）曼光譜技術可以準確地鑒定（dìng）寶石內部的（de）包裹體（tǐ），提供寶石的成因及產地信息，並且可以有效、快速、無損和（hé）準確（què）地鑒定寶石的類別--天然寶石、人工合成寶石（shí）和優化處理寶石。

(1)拉曼光譜在寶石包裹體研究中的（de）應用

拉（lā）曼光譜可以用於寶石包裹（guǒ）體化學成分的定性（xìng）、定量檢測，利用拉曼光譜技術研（yán）究礦物內（nèi）的包裹體特（tè）征，可以獲得有關寶石礦物的成因及產地的信（xìn）息。

(2)拉曼光（guāng）譜在寶石鑒定中的（de）應用

拉曼光譜測試的（de）微區（qū）可（kě）達1-2um，在（zài）寶石鑒（jiàn）定中具有明顯（xiǎn）的優勢，能夠探測寶石極其微小的雜質（zhì）、顯微內含物和人工摻雜物，且能滿足寶石鑒定所（suǒ）必須的無損、快速的要求。

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