Editorial Feature

什么是拉曼光谱学?

拉曼光谱是一种广泛使用的技术,可以通过它们散射光的方式来帮助识别化学品或材料。

散落的光线

当样品的分子吸收光子并重新发射它们时,会发生散射。虽然大多数散射是弹性的,这意味着发射的光与吸收光的频率相同;在一些情况下,发射的光以其频率转移。因此,拉曼光谱测量这些换档以识别样品的化学结构。

拉曼效应

当分子在拉曼光谱中吸收光子时,它开始振动,直到它被激发成更高的振动模式。有三种方式可能发生,这决定了发射光的频率:

  • 将分子从地状态激发到拉曼 - 无效模式。光以相同的频率发射(ν0),这引起了 瑞利散射.
  • 将分子从地态激发到拉曼主动模式。一些光子的能量被转移到这种模式,而剩余的能量(ν0 - νm)被排放。这种改变和发出的拉曼频率被称为 斯托克斯 frequency.
  • 分子已经处于激发的拉曼活性状态。发射的光子具有由这种状态松弛引起的额外能量(ν0 + νm). This is the 反斯托克斯 frequency.

拉曼光谱中涉及的能量水平的示意图。

图1。 拉曼光谱中涉及的能量水平的示意图。图像积分:维基百科。

特定振动模式的拉曼活动由该模式的对称来确定。

斯托克斯和反斯托克斯信号比瑞利散射的光更弱。拉曼光谱的主要挑战是消除主要散射光到足够的水平以获得拉曼频率的良好读数。这通常使用过滤器或分光光度计来实现。

拉曼光谱的应用

拉曼光谱是一种流行的技术,用于分析生产线或现场原位的材料。拉曼光谱对其提供关于样品的实时信息的能力特别有利,特别是那些较小量的能力,而不需要广泛的制剂。此外,拉曼光谱能够分析各种物质,无论环境条件如何如何苛刻。

生产范围广泛使用拉曼光谱的行业和研究领域包括:

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

Labram HR拉曼光谱仪

图2。 Horiba Scientific的Labram HR拉曼光谱仪。

目前,由于已向医疗保健,食品和饮料行业的政府安全法规越来越多,北美拉曼光谱技术的拉曼谱技术经历了显着增长。在化学扇区内,通常可以在指纹识别中找到拉曼光谱的应用。此外,拉曼光谱的寿命科学应用已被扩展到血液样本分析,对各种癌症和疾病的早期诊断和分析。 

Hybrid拉曼技术

拉曼光谱的样本灵活性还使其特别适用于其与其他分析技术的用途。一些在过去几年中变得非常受欢迎的一些混合拉曼技术包括:

  • AFM-Raman: 一种非常强大的技术,允许物理表面形貌与化学成分的相关性。来自AFM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: 光致发光光谱,其可以确定与拉曼耦合以检查振动模式的分子的电子状态,可以为用户提供完全分析一种在单一技术中的材料结构。
  • 拉曼 - 荧光显微镜: 作为Bioscience应用的特别有用的工具,该技术首先利用荧光显微镜检查显微镜样品中的感兴趣区域,然后使用共焦拉曼光谱,然后在样品上获得化学数据。
  • 拉曼 - FTIR: 在没有因对称性限制而没有拉曼活动的材料中的振动模式,许多在IR区域中是有效的。事实上,一些模式都可以在两者中活跃。因此,组合这两种技术是一种自然的步骤,以获得材料的振动结构的完整图像。

混合拉曼技术是一个非常活跃的领域,它产生了一些令人迷人的结果。该地区的研究人员和设备制造商将继续共同努力,找到更多方法,利用拉曼光谱的优势来帮助未来几年进行其他分析技术。例如,拉曼混合动力车开发的最近进步包括一种手持式混合装置,其结合了拉曼光谱和光学相干断层扫描(OCT)。这种独特的混合动力车设备显示了实时有希望的效果 体内 关于样品形态学和生化组分的组织测量。

来源和进一步阅读

本文在7中更新TH. March, 2019.

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将有一个b.sc.在达勒姆大学和M.SC.的化学中。从约克大学的绿色化学。当然,将是我们的居民化学专家,但是,对科学和互联网的热爱使得团队的全方位。在业余时间将喜欢播放鼓,煮熟和啤酒苹果酒。

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