什么是拉曼光譜?

拉曼光譜屬于振動(dòng)光譜的范疇。這意味著它通過化學(xué)方法分析樣品，利用光來創(chuàng)造(激發(fā))分子振動(dòng)，然后解釋這種相互作用。

它是基于當(dāng)物質(zhì)被光照射時(shí)發(fā)生的光的非彈性散射。由于波長的變化與照射光的波長相比非常小，所以使用單色光光源時(shí)最容易觀察到波長的變化。

在這種(單色光)與樣品發(fā)生相互作用后，其中非常小的一部分改變了波長。這就是所謂的變化，拉曼效應(yīng)。我們現(xiàn)在可以收集光，并利用它來獲取樣本的信息。

拉曼效應(yīng)

為了更好地理解，重要的是要知道，當(dāng)光子(光)“撞擊”物質(zhì)時(shí)，大部分散射光在其波長上保持不變。

例如，如果你用綠色激光筆指著一堵墻，你總會(huì)看到一個(gè)綠色的點(diǎn)。散射光的顏色明顯相同，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。

然而，也可以發(fā)生非彈性散射過程，然后導(dǎo)致發(fā)射不同波長的光。這通常與分子振動(dòng)有關(guān)。這種散射現(xiàn)象被稱為拉曼效應(yīng)，由阿道夫·斯邁卡爾在1923年預(yù)測(cè)，C.V.拉曼在1930年發(fā)現(xiàn)。

利用光譜中的拉曼效應(yīng)

發(fā)現(xiàn)和理解拉曼效應(yīng)為一種新的光譜學(xué)打開了大門。然而，由于單色光的使用發(fā)揮了重要作用，直到激光的發(fā)現(xiàn)，拉曼光譜學(xué)才真正起飛。因此，用激光照射樣品，用光譜儀(色散或FT技術(shù))分析一些散射光。最后，我們得到了一個(gè)拉曼光譜，顯示了我們所研究的材料的特征信號(hào)或“波段”。

拉曼光譜儀是如何工作的?

令人驚訝的是，建造拉曼光譜儀其實(shí)很簡(jiǎn)單!

為了獲得拉曼光譜，你只需要將激光聚焦到你想要研究的樣本上。然而，該樣品在用于激發(fā)的激光下不能顯示熒光。如果是這樣的話，熒光將覆蓋大部分的拉曼效應(yīng)，因?yàn)橄啾戎滤侨绱宋⑷酢?/p>

激光照射完樣品后，散射光通過一個(gè)濾光片(以去除激發(fā)激光發(fā)出的任何光)。然后將其定向到光柵上，光柵像棱鏡一樣根據(jù)波長分布非彈性部分。最后，這些光線被導(dǎo)向CCD傳感器，然后根據(jù)強(qiáng)度輸出光譜。

拉曼光譜是什么樣的?

這是二甲基硅氧烷樣品(藍(lán)色)的拉曼光譜，與光譜庫中的參考物比較。

在開頭我們提到拉曼光譜包含某些“波段”或信號(hào)。它們對(duì)于某些官能團(tuán)是獨(dú)特的，通常對(duì)于物質(zhì)也是如此。它們不僅提供了有關(guān)物質(zhì)化學(xué)成分的信息，還提供了關(guān)于結(jié)晶度、多態(tài)性或壓力和溫度變化的信息。

拉曼光譜是材料研究、新藥物開發(fā)以及任何需要納米級(jí)化學(xué)微量分析的領(lǐng)域的有力工具，拉曼可以分析0.5 μ m (500 nm)以下的樣品。

關(guān)于拉曼顯微鏡

通常，用于拉曼光譜的激光在可見范圍內(nèi)，這意味著它可以自由地通過用于取樣玻片或顯微鏡鏡頭的玻璃。因此，將拉曼光譜儀集成到標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)中是相當(dāng)可行的。

事實(shí)上，通常顯微鏡比經(jīng)典的臺(tái)式拉曼光譜儀更受青睞，因?yàn)樗峁┝恕包c(diǎn)和拍攝”的方法，不需要很多額外的樣品制備。樣品(如石墨烯纖維)置于物鏡下，用顯微鏡瞄準(zhǔn)并直接分析。

簡(jiǎn)單地說，拉曼顯微鏡是用于進(jìn)行拉曼光譜的基于激光的顯微設(shè)備。

拉曼光譜是基于光與物質(zhì)化學(xué)鍵的相互作用。這產(chǎn)生了關(guān)于化學(xué)結(jié)構(gòu)、多態(tài)性、結(jié)晶度和分子動(dòng)力學(xué)的詳細(xì)信息。

拉曼光譜提供了什么信息?

拉曼光譜就像化學(xué)指紋，可以清晰地識(shí)別分子或材料。就像人類的指紋一樣，它可以與參考庫進(jìn)行比對(duì)，從而非?？焖俚刈R(shí)別材料或?qū)⑵渑c其他材料區(qū)分開來。這樣的拉曼光譜庫通常包含數(shù)百個(gè)光譜，將樣品的光譜與這些光譜進(jìn)行比較以確定分析物。

• 化學(xué)成分及性質(zhì)
• 結(jié)晶度和多態(tài)性
• 污染和缺陷
• 熱暴露和機(jī)械暴露

有樣品要求嗎?

拉曼是一種通用的表征技術(shù)，因此對(duì)無機(jī)和有機(jī)材料都適用。然而，由于它是基于相當(dāng)弱的拉曼效應(yīng)，其他光譜效應(yīng)和某些材料特性可能會(huì)嚴(yán)重干擾。在樣品熒光的情況下，樣品不會(huì)產(chǎn)生很好的拉曼光譜。然而，轉(zhuǎn)換到近紅外(NIR)激光器和FT-Raman技術(shù)是一個(gè)可行的解決方案。另一個(gè)更重要的問題是強(qiáng)吸收(如黑色)樣品，例如填充碳的聚合物。

得到拉曼光譜需要多少時(shí)間?

拉曼測(cè)量所需的時(shí)間取決于幾個(gè)因素，如所需的光譜質(zhì)量、樣品性質(zhì)，當(dāng)然還有所用的拉曼光譜儀。通常，在幾秒鐘內(nèi)就可以獲得高質(zhì)量的拉曼光譜。

拉曼光譜有哪些應(yīng)用?

拉曼光譜可以用于需要非破壞性(顯微)化學(xué)分析和成像的所有領(lǐng)域。它提供定性和定量分析問題的答案。通常，拉曼光譜易于使用，能快速提供表征樣品化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵信息?；旧?，樣品是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)都無關(guān)緊要。

以下是拉曼光譜的一些應(yīng)用:

• 藥品
• 地質(zhì)學(xué)和礦物學(xué)
• 半導(dǎo)體
• 材料研究
• 醫(yī)療保健