拉曼光谱

课程名称：化学物理主讲教师：祝志宏

学号2010211064姓名杨强

浅谈拉曼光谱及应用

摘要：拉曼光谱是一种简便灵敏的光谱分析新技术，它在化学，物理，生物以及考古等方面

有着广泛的应用，本文通过查阅相关文献资料对拉曼光谱的做了一些简单的介绍，以及拉曼光谱在化学，生物以及考古等方面的广泛应用做了简单的介绍。在本文的最后对拉曼光谱的优越性及不足做了简单点的说明。

关键字：拉曼光谱拉曼效应考古细胞研究化学离子

拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼(Raman)。1928年，拉曼首先从实验观察到单色的入射光投射到物质中后产生的散射，通过对散射光进行谱分析，首先发现散射光除了含有与入射光相同频率的光外，还包含有与入射光频率不同的光。以后人们将这种散射光与入射光频率不同的现象称为拉曼散射。拉曼因此获得诺贝尔奖。

当光照射到物质上时会发生散射，散射光中除了与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光的波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼效应。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射，一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱。由于拉曼散射非常弱，所以直到1928年才被印度物理学家拉曼等人发现，拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应。

拉曼光谱是一种以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术, 其信号来源于分子的振动和转动, 广泛应用于化学、物理和生物科学及考古等诸多领域, 是研究物质分子结构的有力工具.拉曼光谱能够提供快速、简单、可重复、无损伤的定性定量分析. 20世纪70年代起拉曼光谱开始应用于催化剂表征, 在担载型金属氧化物、分子筛、原位反应和吸附等研究中取得了丰富的成果。本文下面

就分别介绍拉曼光谱咋爱化学，物理，生物及考古领域的应用。

在化学方面的应用主要是催化剂方面的

在研制催化剂的过程中常常要改变催化剂的制备条件，了解制备条件的变化对催化剂性能的影响以便寻找良好的催化剂拉曼光谱能使我们因制备条件变化对催化剂结果的影响，从而指导我们合成性能优良的催化剂。

拉曼光谱之所以能在催化剂表征中迅速发展, 有如下几个方面原因：拉曼光谱能够提供催化剂本体和表面物种的结构信息，为认识催化剂和催化反应提供重要信息；拉曼光谱容易实现催化剂在原位条件下(高温、高压复杂体系)的表征；拉曼光谱可用于观察催化剂制备过程中的信息，这是许多其它技术难以实现的；探测器灵敏度的大幅度提高和光谱仪的改进, 拉曼光谱仪的信噪比大大提高, 尤其是紫外拉曼光谱技术的发现拓展了拉曼光谱的应用领域。

拉曼光谱在催化研究中的应用除了具有上述明显的特征和优点外，与其同属于分子光谱技术的红外光谱相比也具有十分突出的优点。拉曼光谱与红外光谱都能得到分子振动和转动光谱，但分子的极化率发生变化时才能产生拉曼活性，对于红外光谱，只有分子的偶极矩发生变化时才具有红外活性，因此二者有一定程度的互补性，而不可以互相代替。拉曼光谱在某些实验条件下具有优于红外光谱的特点，因此拉曼光谱可以充分发挥它在催化研究中的优势：（1）红外光谱一般很难得到低波数（200cm-1以下）的光谱，但拉曼光谱甚至可以得到几十个波数的光谱。而低波数光谱区反映催化剂结构信息，特别如分子筛的不同结构可在低波数光谱区显示出来；

（2）由于常用载体(如γ-a12o3和sio2等)的拉曼散射截面很小，因此载体对表面负载物种的拉曼光谱的干扰很少。而大部分载体(如γ-a12o3、tio2和sio2等)在低波数的红外吸收很强，在1000cm-1以下几乎不透过红外光。

（3）由于水的拉曼散射很弱，因此拉曼比红外更适合进行水相体系的研究。这对于通过水溶液体系制备催化剂过程的研究极为有利，对于水溶液体系的反应研究也提供了可能性。

拉曼光谱在考古中的应用

分析研究古代彩绘颜料是科技考古学和文物保护学的重要内容，可为探索古代颜料技术的发展、研究相关保护方案提供有价值的信息，此外，研究古代彩绘

颜料的结构和成分，已成为测定文物的年代、原材料的起源地和相关文物保护及修复工作的重要基础。在古文物的真伪鉴定中，这部分工作也是非常关键的，一些赝品中的颜料很可能是现代合成的。

利用拉曼显微光谱的分子特性，研究者鉴定了颜料样品是“无序针铁矿”、方解石、-石英和金红石从法国的凯尔西区的三个史前洞穴中得到的颜料样品含赤铁矿、碳黑、锰氧化物/氢氧化物、从当时的环境中取样的重要性在于鉴别了方解石、石英、金红石是由于洞穴中的地质存在所决定的，避免了不正确的人为干扰。

拉曼光谱也用来研究一些史前石窟遗址中顶骨艺术品，如德克萨斯州的大弯曲地区在大弯曲地区的油画中其黑色颜料含MnO2，用XRD证明了软锰矿结构赤铁矿和水草酸钙同时存在，是由于菌丝和青苔对周围石头的淋滤引起的自然褪色。阿根廷遗址由在黑色变形的岩石上的白色绘画来确定，拉曼光谱显示黑色岩石上的白颜料是由白色的石膏和方解石制成的稀石灰粉(Ca(OH)2)。

拉曼光谱在生物中主要用于细胞研究

本文仅从一个方面来简单介绍拉曼光谱分析技术在细胞生物学研究中的应用。

体正常组织与病变组织差异的拉曼光谱研究

正常组织和病变组织的研究是医学研究的一个重要课题，现代医学病灶诊断中的影像手段虽然有四大类，但影像手段只是一种辅助手段，有赖于个人经验；现行常规组织病理学诊断是依据活检样品的显微形态学差异，这种方法不能检测组织细胞的生化异常，另外，组织学方法不能准确判断疾病变化的程度。拉曼光谱对分子的结构、构象及所处的环境很敏感，已用于研究各种人体细胞，特别是在肿瘤细胞方面的研究较多。在细胞恶变过程中，细胞内物质的结构、构象和数量发生了明显变化，然而在肿瘤发生的早期阶段，这些变化尚不能被医学影像学检查发现。而拉曼光谱具有敏感探测物质组分变化的特点，可用于肿瘤的早期检测。一些学者用拉曼光谱分析技术对人体多部位的肿瘤进行了有益的探索，对多个系统肿瘤的拉曼光谱分析表明，拉曼光谱能鉴别正常组织、良性病变、癌前病变和恶性肿瘤，因此，拉曼光谱技术的发展为研究肿瘤发生、发展的不同病变阶段提供了可能性，这些生化指标的变化反映到相应拉曼光谱的变化可能作为肿