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基于印度科學家C.V.拉曼(Raman)發(fā)現(xiàn)拉曼散射效應(yīng)：不同的入射光頻率的散射光譜進行分析所得到的分子振動、轉(zhuǎn)動的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)分析研究的一種分析方法，稱為拉曼光譜(Ramanspectra)。其中，拉曼光譜是一種散射光譜。
1.激光拉曼光譜基本原理
激光入射到樣品，產(chǎn)生散射光：散射光為彈性散射，頻率不發(fā)生改變?yōu)槿瘥?Rayleigh)散射；散射光為非彈性散射，頻率發(fā)生改變?yōu)槔?Raman)散射。如圖：Rayleigh散射(左)：彈性碰撞；無能量交換，僅改變方向；Raman散射(右)：非彈性碰撞；方向改變且有能量交換。其中，E0基態(tài)，E1振動激發(fā)態(tài)；E0+hν0，E1+hν0激發(fā)虛態(tài)；獲得能量后，躍遷到激發(fā)虛態(tài)。
Raman散射：兩種躍遷能量差：△E=h(V0-△V)，產(chǎn)生stokes線；強；基態(tài)分子多；△E=h(V0+△V)，產(chǎn)生反stokes線；弱。Raman位移：Raman散射光與入射光頻率差△n。
斯托克斯線(Stokes)：基態(tài)分子躍遷到虛能級后不會到原處基態(tài)，而落到另一較高能級發(fā)射光子，發(fā)射的新光子能量hv'顯然小于入射光子能量hv，△V就是拉曼散射光譜的頻率位移。反斯托克斯線(anti-Stokes)：發(fā)射光子頻率高于原入射光子頻率。
拉曼位移(Ramanshift)：△V即散射光頻率與激發(fā)光頻之差。拉曼位移△V只取決于散射分子的結(jié)構(gòu)，而與V0無關(guān)，所以拉曼光譜可以作為分子振動能級的指紋光譜。與入射光波長無光，適用于分子結(jié)構(gòu)分析。
2.拉曼光譜儀
散射光相對于入射光頻率位移與散射光強度形成的光譜稱為拉曼光譜。拉曼光譜儀一般由光源、外光路、色散系統(tǒng)、及信息處理與顯示系統(tǒng)五部分組成。拉曼光譜儀分為激光Raman光譜儀(laserRamanspectroscopy)和傅立葉變換-拉曼光譜儀(FT-Ramanspectroscopy)。
1)、激發(fā)光源：常用的有Ar離子激光器，Kr離子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG激光器，二極管激光器等。拉曼激發(fā)光源波長：325nm(UV)，488nm(藍綠)，514nm(綠)，633nm(紅)，785nm(紅)，1064nm(IR)。
2)、樣品裝置：樣品放置方式，包括直接的光學界面，顯微鏡，光纖維探針和樣品。
3)、濾光器：激光波長的散射光(瑞利光)要比拉曼信號強幾個數(shù)量級，必須在進入檢測器前濾除，另外，為防止樣品不被外輻射源照射，需要設(shè)置適宜的濾波器或者物理屏障。
4)、單色器和邁克爾遜干涉儀：有單光柵、雙光柵或三光柵，一般使用平面全息光柵干涉器一般與FTIR上使用的相同，為多層鍍硅的CaF2或鍍Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及擴展范圍的KBr分束器。
5)、檢測器：傳統(tǒng)的采用光電倍增管，目前多采用CCD探測器，F(xiàn)TRaman常用的檢測器為Ge或InGaAs檢測器。
激光Raman光譜儀(laserRamanspectroscopy)：激光光源：He-Ne激光器，波長632.8nm；Ar激光器，波長514.5nm，488.0nm；散射強度∝1/λ；單色器：光柵，多單色器；檢測器：光電倍增管，光子計數(shù)器。
激光拉曼光譜因與紅外光譜有著相同的波長范圍且操作相對簡單，因此備受重視。所具有的優(yōu)點如下：光源頻率可調(diào)、分辨性好，分辨率高、譜峰常為尖峰，樣品用量少(常規(guī)用量2~2.5ug,微量操作時用量為0.06ug)、只有少量的倍頻及組頻、樣品測試范圍廣涵蓋水溶液樣品。
激光拉曼光譜儀中的激光易激發(fā)出熒光，從而影響測定結(jié)果。為了避免弊端，研制了新型的傅里葉變換近紅外激光拉曼光譜儀和共焦激光光譜儀。
傅立葉變換-拉曼光譜儀(FT-Ramanspectroscopy)：光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器(1.064μm)；檢測器：高靈敏度的銦鎵砷探頭。激光光源、試樣室、邁克爾遜干涉儀、特殊濾光器、檢測器組成。
優(yōu)點：避免了熒光干擾；精度高；消除了瑞利譜線；測試速度快。
3.拉曼光譜儀在分析中的作用
1)、同種分非極性鍵S-S、C=C、N=N、C≡C表現(xiàn)拉曼譜帶強，譜帶強度：單鍵<雙鍵<三鍵；C=N、C=S、S-H拉曼譜帶強，X=Y=Z、C=N=C、O=C=O對稱伸縮為強譜帶，紅外中表現(xiàn)相反。
2)、C-C伸縮振動在拉曼光譜中是強譜帶；環(huán)狀化合物的對稱呼吸振動常常是*的拉曼譜帶。醇和烷烴的拉曼光譜是相似的：(1)、C-O鍵與C-C鍵的力常數(shù)或鍵的強度沒有很大差別；(2)、羥基和甲基的質(zhì)量僅相差2單位；(3)、與C-H和N-H譜帶比較，O-H拉曼譜帶較弱。
3)、用通常的拉曼光譜可以進行半導體、陶瓷等無機材料的分析：如剩余應(yīng)力分析、晶體結(jié)構(gòu)解析等。拉曼光譜還是合成高分子、生物大分子分析的重要手段。如分子取向、蛋白質(zhì)的巰基、卟啉環(huán)等的分析。
4.拉曼光譜儀與紅外光譜儀區(qū)別
拉曼光譜與紅外光區(qū)別
5.拉曼光譜儀優(yōu)缺點
拉曼光譜儀優(yōu)點：提供快速、簡單、可重復、且更重要的是無損傷的定性定量分析，它無需樣品準備，樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英、和光纖測量；水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學化合物的理想工具；拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無機物進行分析，相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測器。
化學結(jié)構(gòu)分析中，獨立的拉曼區(qū)間的強度可以和功能集團的數(shù)量相關(guān)；因為激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。。這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)勢。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品；共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強大生物分子特個發(fā)色基團的振動，這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。
拉曼光譜不足之處：(1)、拉曼散射面積；(2)、不同振動峰重疊和拉曼散射強度容易受光學系統(tǒng)參數(shù)等因素的影響；(3)、熒光現(xiàn)象對傅立葉變換拉曼光譜分析的干擾；(4)、在進行傅立葉變換光譜分析時，常出現(xiàn)曲線的非線性的問題；(5)、任何一物質(zhì)的引入都會對被測體體系帶來某種程度的污染，這等于引入了一些誤差的可能性，會對分析的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。
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