激光拉曼光譜儀的（de）原理你了解嗎?

激光拉曼光譜儀是一個集合了激光光（guāng）譜（pǔ）學、精密機械（xiè）和微電子係統的綜合測量體係。其（qí）終結果是獲得散射介（jiè）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圖。應用主要（yào）是（shì）對各（gè）種固態、液態、氣態物質的分子組成、結構（gòu）及相對含量等進行分（fèn）析，實現對物質的鑒（jiàn）別與（yǔ）定性。要想在操作時（shí）不出現差錯，操作者在操作之前應該要了解一下激光拉曼光譜儀基本的知（zhī）識，激光拉曼光譜儀的原理你了解嗎?

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，分子可以使入射光（guāng）發生散射。大部分光隻是改變方向發生散射，而光的（de）頻率仍與激（jī）發光的頻率相同，這種散射稱（chēng）為瑞利散射;約占總散射光強度的（de） 10-6～10-10的散射，不僅改變了光的傳播方向，而且（qiě）散射光的頻（pín）率也改變了，不同於激發光的頻率，稱為拉曼散射（shè）。拉曼散射中頻率減少的稱為斯托克（kè）斯散射，頻率增加的（de）散射稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要（yào）比反（fǎn）斯托克斯散射強得多，拉曼光譜儀通常測定（dìng）的大多是斯托克（kè）斯散（sàn）射，也統稱（chēng）為拉（lā）曼散射。

散射光與入射光之間（jiān）的頻（pín）率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光（guāng）頻率無關，它隻與散射分（fèn）子本身的結構有關。拉曼散射是由於分子（zǐ）極化率的改變而產（chǎn）生的。拉曼位移（yí）取決於分子振動能（néng）及的（de）變化，不同化學鍵或基團有特征的（de）分子振動，ΔE反映了指定能（néng）級的變化，因此與（yǔ）之對應的拉曼（màn）位移也是特征的。這是（shì）拉（lā）曼光譜可以作為（wéi）分（fèn）子結構定性分析的依據。

二、激光拉曼光譜儀應用

拉曼（màn）光譜技（jì）術以其信息豐富，製樣簡（jiǎn）單，水的幹（gàn）擾小等獨特的優（yōu）點，在化學、材料、物理、高（gāo）分子、生物、醫藥、地質（zhì）等（děng）領域有廣泛的應用。

1、拉曼光譜在化學研究中（zhōng）的應用

拉曼光譜在（zài）有機化學方麵主要是（shì）用作結構鑒定（dìng）和分子相互作用（yòng）的手段，它與紅外光譜互為補充，可以（yǐ）鑒別特殊的結構特（tè）征或（huò）特征基團。拉曼位移的大小、強度及拉曼峰形狀是鑒定（dìng）化學鍵、官能（néng）團（tuán）的重要依據。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分子異構體判斷的依據。在（zài）無機化（huà）合物中金屬離子和配位體間的共價（jià）鍵常具有拉曼活性，由此拉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。另外，許多無機化合物具有多種晶型結構，它們具有不同的拉曼活性，因此（cǐ）用拉曼（màn）光譜能測（cè）定和鑒別紅外（wài）光譜無法完成的無機化合物的晶（jīng）型結構。

在催化（huà）化學中，拉（lā）曼光譜能夠提供催化劑本身以及表麵上物（wù）種的結構信息，還可以對催化劑製備過（guò）程進行實時研究。同時（shí），激光（guāng）拉曼光譜是（shì）研（yán）究（jiū）電極/溶液界麵（miàn）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（xué）界麵結構、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、拉曼光譜在高分（fèn）子材料中的應用

拉曼光譜可提供聚合物材料結構方麵的許多重要信（xìn）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（yǐ）及表麵和界麵的結構等（děng）。從拉曼峰的寬度可（kě）以表征高分子材料的立體化學純度。如（rú）無規立場試樣或頭-頭，頭-尾結構混雜的樣品，拉曼峰是弱而寬，而高度有序樣品具有強而尖（jiān）銳的拉曼峰（fēng）。研（yán）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等骨架對拉曼光譜非常敏感（gǎn），常用來（lái）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）子的濃度成線性關係，給（gěi）高分子組分含量分析帶來方便。

(3)晶相與無定形（xíng）相的表（biǎo）征以及聚合（hé）物結晶（jīng）過程和結晶度（dù）的監測。

(4)動力學過程研究：伴（bàn）隨高分（fèn）子反應（yīng）的動（dòng）力學過程如聚合、裂解、水解和結晶等。相應的拉（lā）曼光譜某些特征（zhēng）譜帶會有強度（dù）的改變。

(5)高分子取向研究：高分子鏈的各向異（yì）性（xìng）必然帶（dài）來對（duì）光散射的各向異性，測量分子的拉曼帶退偏比可以得到分子構型或（huò）構象等方麵（miàn）的重要信息。

(6)聚合物共混物的相容性以（yǐ）及分子相互作用（yòng）研究。

(7)複合材料應力鬆弛和應變過（guò）程的監測。

(8)聚合反應過程和聚合物固化過程監控。

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究（jiū）的（de）有力工具，在相組成界麵、晶界等課題中（zhōng）可以做很多工作。包括：

(1)薄膜結構材料拉曼研究：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。拉曼（màn）可以研（yán）究（jiū）單、多、微和非晶矽結構以及硼（péng）化非晶矽、氫化非晶矽、金剛石、類金剛石等層狀薄（báo）膜的結構。

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

(3)半導體材料研究：拉（lā）曼光譜可測出經離子注入（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（pǐn）的（de）組分載流子濃度。

(4)耐（nài）高溫材料的相結構拉（lā）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（yán）究。

4、拉曼光（guāng）譜在（zài）生物學研究中的應用

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

生物（wù）大分子的拉曼光譜可以同時得到許多寶貴的（de）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：酰胺Ⅰ、Ⅲ，C-C、C-N伸縮振動

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

(4)對構像變（biàn）化敏感的羧基、巰基、S-S、C-S構像變化（huà）

(5)生物膜的脂肪酸碳氫（qīng）鏈旋轉異構現（xiàn）象。

(6)DNA分子結構以及和（hé）DNA與其他分子間的作用。

(7)研究脂類和（hé）生（shēng）物膜的相互作用、結構、組（zǔ）分（fèn）等。

(8)對生物膜（mó）中蛋白質與脂質相互（hù）作用提（tí）供重要信息。

5、拉曼光譜在中草藥研究中的應用

各種中草藥因所含（hán）化學成分的不同而反（fǎn）映出（chū）拉曼光譜的差（chà）異，拉曼光譜（pǔ）在（zài）中草藥研究中的應用包括：

(1)中草藥化學成分分析

高效薄層色譜(TLC)能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（dù）高、選擇性好的優點，可對中草藥化學（xué）成分進行（háng）高靈敏度的檢測。利用TLC的分離（lí）技術和SERS的指紋性鑒定結合，是一種在TLC原位分析中草（cǎo）藥（yào）成分的新（xīn）方（fāng）法。

(2)中草藥的無損鑒別

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

(3)中草藥的穩定性（xìng）研究

利用拉曼光譜動（dòng）態跟蹤中草藥的變（biàn）質過程（chéng），這對（duì）中草（cǎo）藥的穩定性預測、監控藥材的質量具有直接的指導作用。

(4)中藥的優化

對於中草藥及中成藥和（hé）複方這一複雜的混合物體係，不（bú）需任何成分分離提取直接與細菌和細胞作（zuò）用（yòng），利用拉曼光譜無損（sǔn）采集細菌和細胞的光（guāng）譜圖（tú），觀（guān）察細菌和細胞的損（sǔn）傷程度，研究其藥理作用，並進行中藥材、中成藥和方劑的優（yōu）化研究。

6、拉曼光譜技（jì）術在寶石研究中的（de）應用

拉曼（màn）光（guāng）譜技術已被成功地應用於寶石學研究和寶石鑒定領域。拉曼光（guāng）譜技術可以準確地鑒定寶（bǎo）石內部的包（bāo）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（sǔn）和準確地鑒定寶石的（de）類別--天然寶石、人工合成寶（bǎo）石和優化處理寶石（shí）。

(1)拉曼光譜在寶石包裹體研究中的應用

拉（lā）曼光譜可以用於寶石包（bāo）裹（guǒ）體化學成（chéng）分的定性、定量（liàng）檢測，利用拉曼光譜技術研究礦（kuàng）物內的包裹體特征，可以（yǐ）獲得有關寶石礦物的成因及（jí）產地的信息。

(2)拉曼光譜在寶石鑒定中的應用

拉曼（màn）光譜測試的微（wēi）區可達1-2um，在寶石鑒定中具有明（míng）顯的優（yōu）勢，能（néng）夠探測寶石極其微小的雜質、顯微內含物和人工摻雜物，且能滿足寶石鑒定所（suǒ）必須（xū）的無損、快速的要求。

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