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三分钟了解拉曼光谱
来源: | 作者:Y-SPEC | 发布时间: 2030天前 | 1248 次浏览 | 分享到:
一看就懂,一学就会。
      在印度有位科学家——C.V.拉曼(Raman),拉曼光谱(Raman apectra)便是以此命名,它是一种分子结构检测手段。

图1:印度科学家拉曼

拉曼光谱是散射光谱, 对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息;由分子振动、固体中光学分子等激发与激光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射,以横坐标表示拉曼频移,纵坐标表示拉曼光强,与红外光谱互补,可用来分析分子间键能的相关信息。

一、拉曼发展历史:
       
1922年,斯梅卡尔预言新的谱线频率与方向都发生改变。1928年,印度科学家拉曼实验发现拉曼散射,并于1930年获得诺贝尔奖。同年,曼迭利斯塔姆、兰兹贝尔格在石英中观测到拉曼散射。1930~1960年,受散射光强度低的影响,拉曼光谱经历了30年的应用发展限制期。1960年以后,激光技术的兴起,激光成为拉曼光谱的理想光源,随着不断改进,拉曼散射信号强度大大调高,拉曼光谱技术得以迅速发展,拉曼光谱广泛应用于化学。物流、医药、生命科学等领域,越来越受研究者的重视。
二、拉曼光谱技术:
      拉曼效应:也称拉曼散射,1928年由印度物理学家拉曼发现,拉曼散射光谱反映了分子的振动转动能级信息,拉曼散射光谱技术结合拉曼光谱与光谱分析及化学计量学等方法,利用拉曼散射光谱的特征峰位置及其强度等信息可以对物质进行鉴别与分析,是一种快速、便捷、无损伤的物质定性定量分析技术。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。光照射到物质上发生弹性散射非弹性散射
      
弹性碰撞:光子和分子之间没有能量交换,仅改变了光子的运动方向,其散射频率等于入射频率,这种类型的散射在光谱上称为瑞利散射。
     
非弹性碰撞:光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换,即改变了光子的运动方向,也改变了能量。使散射频率和入射频率有所不同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。

                                                                                               图2:拉曼散射示意图


表1:光谱种类区分表

      拉曼频移(Raman shift):拉曼光谱的横坐标称作拉曼频移。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射,通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射,拉曼散射光和瑞利光的频率之差值称拉曼频移(Raman shift):Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。Δv取决于分子振动能级的改变,所以他是特征的,并且拉曼光谱与入射光波长无关,适应于分子结构的分析。
三、拉曼测试:

     拉曼光谱可测试物质组成,张力和应力,晶体对称性和取向,晶体质量,物质总量,物质官能团的信息等。

图3:拉曼光谱的检测内容

       拉曼光谱与红外光谱的比较:
       
拉曼光谱与红外光谱都能获得关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况,从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。但两者产生的原理和机制都不同,在分子结构分析中,拉曼光谱与红外光谱相互补充,一些在红外光谱无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。红外光谱侧重于检测基团,适用于极性键,多用于测有机物,拉曼光谱检测分子骨架,适用于非极性键,有机无机均可测试

样品要求:

拉曼光谱测试对象与红外光谱类似,多用于检测有机官能团和键能之间的信息(对金属类检测意义不大,但也有部分文献提到以拉曼光谱检测反应产物)。信号强一些的固体样品可直接测定,样品制备时稍微压一下即可。拉曼信号比较弱的材料就需要做增强处理。测试液体的话,就要注意容器的材料,最好是避免产生荧光。

四、拉曼的部分应用领域

                           

                                

                            
                              

五、疑难解答:
      1.如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体,测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。答:聚焦位置不对,聚在玻璃上了,用凹面载玻片,液体量会比较多,然后用显微镜聚焦好就可以了,如果液体有挥发性,最好液体上用盖玻片,然后焦点聚焦到盖玻片以下。
      
2. 做生物样品的拉曼光谱,获得的图里面有很强的荧光,有人说,如果拉曼得不到就用其荧光谱。那么在拉曼谱里面得到的荧光背景,是真正的荧光特征谱吗?这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别?答:拉曼谱中的荧光和荧光谱中的荧光是一样的,只要激发波长和功率密度相同。但有一点要注意,不同波长的激发光照射样品,得到的拉曼相近,但荧光可以有很大不同,甚至相同波长不同功率激发,荧光谱都大不一样。
     
3. 什么是共焦显微拉曼光谱仪?答:共焦拉曼指的是空间滤波的能力和控制被分析样品的体积的能力。通常主要是利用显微镜系统来实现的。
     
4. 激光拉曼测试,样品如何预处理?答:一般来说,样品都不需要做预处理,不象红外那样麻烦。分析固体和液体比较容易,气体就难了,除非密度很大,否则只能用大型拉曼

六、结束语:

在这里元谱光电推荐几本相关书籍,兴趣爱好者可以翻阅:

[1] 中本一雄, 黄德如, 汪仁庆. 无机和配位化合物的红外和拉曼光谱[M]. 化学工业出版社, 1991。

[2] 朱自莹. 拉曼光谱在化学中的应用[M]. 东北大学出版社, 1998。

[3] 潘家来. 激光拉曼光谱在有机化学上的应用[M]. 化学工业出版社, 1986。

[4] 杨序纲, 吴琪琳. 拉曼光谱的分析与应用 :Raman spectroscopy analysis and application[M]. 国防工业出版社,2008。