Ram_拉曼光谱

拉曼光谱

拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的

一种分光技术。[1]拉曼散射为一非弹性散射，通常用来做激发的激光范围为可见光、近红

外光或者在近紫外光范围附近。激光与系统声子做相互作用，导致最后光子能量增加或减少，而由这些能量的变化可得知声子模式。这和红外光吸收光谱的基本原理相似，但两者

所得到的数据结果是互补的。

通常，一个样品被一束激光照射，照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。波长靠近激

光的波长时为弹性瑞利散射。

自发性的拉曼散射是非常微弱的，并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射，使

得得到的结果是光谱微弱，导致测定困难。历史上，拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光，去除激光，而可得到能量的微小差异。过去，光电倍增管被选择为拉曼散射讯号

的侦测计，其需要很久的时间才能得到结果。而现今的技术，带阻滤波器 (notch

filters) 可有效地去除激光且光谱仪或傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件 (CCD) 侦测计

的进步，在科学研究中，利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。

有很多种的拉曼光谱分析，例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱……等。

拉曼光谱的特点：

提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外

1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。

2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。

相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器

3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。

4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。

5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。

拉曼光谱的应用：

●化学研究：分子结构及官能团表征

●高分子材料：碳纳米管、石墨烯、手性、应力、掺杂、缺陷

●生物科学：生物大分子、细菌定位、分析，疾病前期诊断

●地质科学：矿物、流体包裹体、晶型鉴定、矿物相变

●宝石鉴别：钻石品质和原产地、宝石玉石、毒品、爆炸物残留物鉴定

●考古研究：纤维、纺织品鉴定、文书鉴定及时序分析、油墨涂料鉴定

拉曼光谱与红外光谱比较

拉曼种类

数种的拉曼光谱分析技术持续发展中，被用来增强灵敏度(表面增强拉曼效应)、改善空间性的分辨率(微拉曼光谱仪)，或者取得特殊的分析讯号(共振拉曼光谱)。

∙表面增强拉曼效应通常以金或银的胶体或者基板上附着金或银的奈米粒子。金或银粒子的表面等离子体共振由激光所激发，其结果产生增强金属表面的电场。拉曼讯号的强度与电场成比例关系，因而增强了拉曼讯号(~1011)。此效应由Martin

Fleischmann发现，但是由Van Duyne在1977年解释此现象。.[4]∙共振拉曼光谱当分子或晶格的激发光源的频率与电子跃迁之频率极相接近时，其一些振动模式之强度将大幅增加，此现象称之共振拉曼效应。[5]

∙表面增强共振拉曼光谱一个结合共振拉曼光谱现象和接近表面增强拉曼强度的技术，且激发光源的频率极相接近于被分析的分子的最大吸收。

∙自发性拉曼光谱分子的拉曼光谱与温度之间关系现象。

∙光学钳拉曼光谱

∙空间补偿拉曼光谱拉曼散射收集从侧面的区域补偿离开激光激发光点，导致表面的讯号贡献比传统的拉曼光谱弱。[6]

∙同调anti-Stokes拉曼光谱利用两激光产生同调的anti-Stokes频率谱线，借此可以增加共振。

∙拉曼光学活性分子的振动的光学活性，意指对掌异构物的左旋和右旋的偏极特性所造成的拉曼散射微小不同的强度。[7]

∙受激拉曼增益光谱做同调拉曼散射时，试样同时受两激光之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωS之增益为测度。

∙逆拉曼光谱做同调拉曼散射时，试样同时受两激光之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωL之减损为测度。

∙针尖增强拉曼光谱利用银或金的针去增强分子的拉曼讯号，其空间的分辨率近乎于针尖的大小(20-30 nm)。TERS可以敏感地显示出单一分子的振动能阶。

拉曼光谱仪系统组件∙激光光源

∙样品室

∙单色器

∙检测记录系统

∙计算机