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什么是拉曼光谱?

拉曼光谱法是一种广泛使用的技术,可以通过散射光的方式帮助识别化学物质或材料。

散射光

当样品的分子吸收光子并重新发射时,就会发生散射。大多数散射是弹性的,这意味着发出的光与吸收的光具有相同的频率。在某些情况下,发射的光的频率会发生偏移。因此,拉曼光谱法测量了这些变化,以鉴定样品的化学结构。

拉曼效应

当分子在拉曼光谱中吸收光子时,它开始以更多的能量振动,直到被激发为更高的振动模式。可以通过三种方式来确定发射的频率:

  • 分子从基态激发到拉曼非活性模式。光以相同频率发射(ν0),这引起了 瑞利散射.
  • 该分子从基态激发到拉曼活性模式。一些光子的能量转移到该模式,而其余能量(ν0 - νm)被发射。改变并发出的拉曼频率称为 斯托克斯 频率。
  • 该分子已经处于激发拉曼活性状态。所发射的光子具有此状态弛豫导致的额外能量(ν0 + νm). This is 日e 反斯托克斯 频率。

拉曼光谱涉及的能级示意图。

图1。 拉曼光谱涉及的能级示意图。图片来源:维基百科。

特定振动模式的拉曼活性由该模式的对称性决定。

斯托克斯和反斯托克斯信号比瑞利散射光弱得多。拉曼光谱法的主要挑战是将主散射光消除到足够高的水平,以便获得拉曼频率的良好读数。通常使用过滤器或分光光度计来实现。

拉曼光谱的应用

拉曼光谱法是一种流行的技术,用于在生产线上或现场分析原位材料。拉曼光谱法由于能够提供样品的实时信息(特别是数量较少的样品)而无需进行大量准备就具有特别的优势。此外,不管环境条件如何恶劣,拉曼光谱法都能够分析多种物质。

广泛使用拉曼光谱的行业和研究领域包括:

  • 医药品
  • 材料研究
  • 半导体类
  • 纳米技术
  • 生命科学
  • 法医学
  • 地球科学

LabRAM HR拉曼光谱仪

图2。 HORIBA Scientific的LabRAM HR拉曼光谱仪。

当前,由于针对医疗保健,食品和饮料行业制定的越来越多的政府安全法规,拉曼光谱技术的北美市场经历了显着增长。在化学领域,拉曼光谱的应用通常可以在指纹识别中找到。此外,拉曼光谱的生命科学应用已经从血液样本分析扩展到各种癌症和疾病的早期诊断和分析。 

混合拉曼技术

拉曼光谱的样品灵活性也使其特别适合与其他分析技术结合使用。在最近几年中非常流行的一些混合拉曼技术包括:

  • AFM-拉曼: 一种非常强大的技术,可将物理表面形貌与化学成分相关联。原子力显微镜探针的压力还可以通过尖端增强拉曼光谱增强拉曼信号(TERS).
  • 拉曼光致发光光谱: 可以确定分子的电子状态的光致发光光谱法与拉曼光谱一起检查振动模式,可以通过一种技术为用户提供对材料结构的完整分析。
  • 拉曼荧光显微镜: 作为生物科学应用的一种特别有用的工具,该技术首先利用荧光显微镜来识别显微镜样品中的感兴趣区域,然后使用共聚焦拉曼光谱法获得样品上的化学数据。
  • 拉曼FTIR: 由于对称性限制而没有拉曼活性的材料的振动模式中,有许多在IR区域处于活动状态。实际上,某些模式在这两种模式中都可以激活。因此,结合这两种技术是获得材料振动结构全貌的自然步骤。

混合拉曼技术是一个非常活跃的领域,已产生了令人着迷的结果。该领域的研究人员和设备制造商将继续合作,以寻找更多方法,在未来几年中利用拉曼光谱的优势来辅助其他分析技术。例如,拉曼混合动力汽车发展的最新进展包括一种结合了拉曼光谱和光学相干断层扫描技术的手持式混合动力设备(OCT)。这种独特的混合设备在实时性方面显示出了特别有希望的结果 体内 有关样品的形态和生化成分的组织测量。

资料来源和进一步阅读

本文已于7日更新 2019年3月。

威尔·索特

撰写者

威尔·索特

将拥有理学学士学位。达勒姆大学化学博士学位和理学硕士。在约克大学获得绿色化学博士学位。自然,威尔是我们的常驻化学专家,但是,对科学和互联网的热爱使威尔成为了团队的全方位专家。在业余时间,Will喜欢打鼓,煮苹果酒和酿造苹果酒。

引文

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    索特,威尔。(2019, August 15). 什么是拉曼光谱?. AZoOptics. Retrieved on January 14, 2021 from //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=381.

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    索特,威尔。"什么是拉曼光谱?". AZoOptics. 14 January 2021. <//www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=381>.

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    索特,威尔。2019. 什么是拉曼光谱?. AZoOptics, viewed 14 January 2021, //www.selec-iat.com/Article.aspx?ArticleID=381.

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