附录1紫外拉曼与共振拉曼原理与应用简述： 从1928 年起

附录1.紫外拉曼与共振拉曼原理与应用简述：

从1928年起，拉曼光谱的发现距今已有80余年. 激光技术的兴起使拉曼光谱成为激光分析中最活跃的研究领域之一。激光拉曼和红外光谱相辅相成，成为进行分子振动和分子结构鉴定的有力工具。近年来，随着材料科学，激光和同步加速器技术以及纳米技术的重大进展，为拉曼光谱在物理、化学、生物以及材料科学研究等各领域的应用提供了越来越多的机会和可能性。

然而荧光干扰问题和灵敏度较低是严重阻碍了常规拉曼光谱的广泛应用。但近年来发展起来的紫外拉曼光谱技术有效地解决了上述问题。紫外拉曼光谱技术的出现和发展大大地扩展了拉曼光谱的应用范围。

下图是紫外拉曼光谱避开荧光干扰的原理图。荧光往往出现在300 nm-700 nm 区域，或者更长波长区域。而在紫外区的某个波长以下，荧光极少出现。因此，对于许多在可见拉曼光谱中存在强荧光干扰的物质，例如氧化物、积碳等，通过利用紫外拉曼光谱技术就可以成功的避开荧光从而得到信噪比较高的拉曼谱图。例如磷酸铝分子筛（ALPO-5在244，325和532 nm 激发下的拉曼光谱图. 由图可以看出，当激发线位于532 nm 时，拉曼光谱被强荧光所覆盖.将激发线蓝移至325 nm 时，荧光信号大大减弱，但此时仍然存在一定的荧光背景. 而当激发线继续蓝移至244 nm 时，荧光干扰已经完全消失，得到了信噪比非常高的磷酸铝分子筛的拉曼光谱. 从这个例子可以看出，紫外共振拉曼光谱技术由于能避开荧光，可以成功用于微孔和介孔分子筛材料的表征.

Wavelength (nm)

200300400500600700800Raman shift (cm -1)500

1000

紫外拉曼光谱技术的另一个突出特点是，拉曼信号可以通过共振拉曼信号得到增强。共振拉曼效应可以从拉曼散射截面公式得到解释：根据Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式:

∑⎥⎦⎤⎢⎢⎣

⎡Γ+++Γ+−=′r r L rf ri fr r L ri ri fr i i )()()()()()(ωωμμωωμμαρσσρρσh h (1) 在公式 (1)中， ωri 是初始态i 到激发态r 的能量差频率， ωL 是入射激光频率。当激发光源频率靠近电子吸收带时，第一项分母趋近于零，因而其散射截面异常增大, 导致某些特定的拉曼散射强度增加104~106 倍。共振拉曼光谱的谱峰强度随着激发线的不同而呈现出与普通拉曼不同的变化。

拉曼散射和共振拉曼散射的能级图以及它们对应拉曼谱图示意图

将紫外共振拉曼用于表征多组份体系时，可以选择性的激发某些组分相应的信息，从而使与这些组分相关的拉曼信号大大增强，得到共振拉曼光谱

这种共振增强或者共振拉曼效应是非常有用的一个技术，它不仅可以极大的降低拉曼测量的探测极限，而且还可以引入到电子选择上面。这样，如果我们使用共振拉曼技术来研究样品，不仅可以看到它的结构特征，而且还可以得到它的电子结构信息。金属卟啉，类胡萝卜素以及其他一系列生物重要分子的电子能级之间跃迁能量差都处在可见光范围之内，这使得它们成了共振拉曼光谱的理想研究材料。

共振选择技术还有一个非常实际的应用。那就是二分之一载色体的光谱由于这种共振作用会得到增强，而它周围的环境则不会。对于生物染色体来说这就意味着，我们使用可见光即可特定的探测到有源吸收中心，而它们周围的蛋白质阵列则不会探测产生影响（这是因为这些蛋白质需要紫外光才能使其产生共振增强作用）。共振拉曼光谱在化学上探测金属中心合成物，富勒分子，联乙醯以及其他的稀有分子上也是一种重要的技术，因为这些材料对于可见光都有着很强的吸

收。

其他更多的分子吸收光谱由于处于紫外，所以需要紫外激光进行共振激发，我们就称之为紫外共振拉曼（UlraViolet Resonance Raman Spectroscopy）;紫外共振拉曼光谱技术是研究催化和复杂生物系统中分子分析的一个重要工具。大多数的生物系统都吸收紫外辐射，所以它们都能提供紫外的共振拉曼增强。这样高的共振拉曼共振选择效应使得象蛋白质和DNA等重要生物目标的拉曼光谱得到极大增强，而其他物质则不会，非常便于目标确认及分析。例如，200nm的激励光能够增强氨基化合物的振动峰；而220nm的激励光则可以增强特定的芳香族残留物的振动峰。水中的拉曼散射非常弱，这个技术使得与水有关的微弱系统的拉曼分析也变成了可能。

附录２：实验举例

紫外共振拉曼光谱在催化材料研究中的应用

a.微孔-介孔材料骨架中超低含量的孤立的过渡金属离子(例如

Ti-MCM-41)能够通过紫外共振拉曼光谱可靠、准确地鉴别出来；

b.利用紫外拉曼避开荧光和增加灵敏度的特点,可以对分子筛合成过程

中的合成前体、中间物以及分子筛晶体的演化过程进行研究；

c.紫外拉曼光谱可以选择性地得到在紫外区具有强吸收的物质（例如

TiO2和ZrO2）的表面相信息。