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SPT知识小讲堂||激光拉曼光谱分析技术

2024-06-25 77

发展历史

拉曼光谱是一种散射光谱,它是1928年印度物理学家C.V.Raman发现的。


30年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段,此时的拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源,物质产生的拉曼散射谱线极其微弱,因此应用受到限制,尤其是红外光谱的出现,使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。


60年代激光光源的问世,以及光电讯号转换器件的发展给拉曼光谱带来新的转机。世界上各大仪器厂家相继推出了激光拉曼光谱仪,此时拉曼光谱的应用领域不断拓宽。


70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注入活力。


80年代以来,随着科学技术的飞速发展,激光拉曼光谱仪在性能方面日臻完善。目前,拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。就分析测试而言,拉曼光谱和红外光谱相配合可以更加全面地研究分子的运动状态,提供更多的分子结构分析方面的信息。

类别及特点

FT-Raman

原理:傅里叶变换技术采集信号,1064 nm的激光光源

优点:消除荧光,精度高

缺点:温度漂移,试样移动对光谱影响大

应用领域:样品的结构分析,如蛋白质二级结构分析,染色纤维检验

SERS

原理:衡痕量分子吸附于Cu,Ag,Au等金属溶胶和电极表面,信号增强10⁴ ~10⁶倍

优点:灵敏度高,所需样品浓度低

缺点:基衬重线性和稳定性难以控制

应用领域:分子的理化研究,病理分析,药物分析,如L-天冬氨酸在银胶中的吸附研究

RRS

原理:激光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,信号增强10⁴ ~10⁶倍

优点:灵敏度高,所需样品浓度低

缺点:荧光干扰,热效应,要求光源可调

应用领域:低浓度和微量样品检测,药物、生物大分子检测,如色素蛋白的研究

共焦显微拉曼

原理:使光源、样品、探测器三点共轭聚焦,消除杂散光,信号增强10⁴ ~10⁶倍

优点:灵敏度高,所需样品浓度低,信息量大

缺点:荧光干扰

应用领域:电化学研究,宝石中细小包裹体的测量

高温拉曼

原理:高温下的理化反应,得到反应物和产物的结构信息以及反应中间体和变化过程的信息

优点:空间分辨率高,消除杂散光,样品可程序控温

缺点:热辐射

应用领域:晶体生长、冶金熔渣、地质岩浆等物质的高温结构研究

固体光声拉曼

原理:通过光声方法直接探测样品而存储能量的一种非线性光存储方式

优点:灵敏度高,分辨率高,避免了非共振拉曼散射的影响

缺点:要求激光具有高的亮度

应用领域:气体、液体、固体介质的特性分析


      随着拉曼光谱学、仪器学、激光技术的发展,拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术,已向多种细分方向发展,如傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)、表面增强拉曼光谱(SERS)、激光共振拉曼光谱(RRS)、共焦显微拉曼光谱等。

      通常的拉曼光谱可以进行半导体、陶瓷等无机材料的分析,如剩余应力分析、晶体结构解析等。拉曼光谱还是合成高分子、生物大分子分析的重要手段,如分子取向、蛋白质巯基、卟啉环等的分析。此外,拉曼光谱在燃烧物分析、大气污染物分析等方面有重要应用。

      拉曼光谱还可以应用于中草药的化学成分分析、中草药的无损鉴别、中草药的稳定性研究中药的优化宝石包裹体的研究和宝石的鉴定等方面。