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1、422.52.5 拉曼光谱仪及应用简介拉曼光谱仪及应用简介拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（Raman）在 1928 年首先发现并以他的名字命名的。在光的非弹性散射过程中，光子被分子散射而失去部分能量，散射光的频率与入射光的频率之差与样品分子的振动、转动能级有关，不随入射光频率变化。拉曼光谱分析就是基于拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱所进行的分析方法。30 年代末曾用于分子结构的研究，但由于当时使用的光源强度不高，产生的拉曼效应太弱，很快被红外光谱所取代。从 60 年代起，随着激光技术的飞速发展，引入新型激光作为激发光源的拉曼光谱技术得到了迅速的发展，相继出现了一些新的拉曼光谱技术以及
2、与其它分析方法的联用技术，例如表面增强拉曼光谱、付立叶变换拉曼光谱、拉曼显微镜等等。目前，拉曼光谱分析技术已在化学化工、半导体电子、聚合物、生物医学、环境科学等各种领域得到广泛的应用。2.5.12.5.1 仪器简介仪器简介拉曼光谱仪和其它光谱仪基本相同，一般可分为单色光源（激光） 、样品光路、分光系统（单色仪） 、接收检测装置和计算机等部分。拉曼光谱仪主要使用的激光器有 HeNe，Ar+，Kr+等气体激光器以及二极管泵浦的 YAG:Nd 激光器。在用于共振拉曼光谱或选择性激发时，也可使用输出波长连续可调的染料和蓝宝石激光器。图 2.5.1 是激光拉曼光谱仪的示意图。以一束激光照射样品，用光谱仪
3、收集并分析，就得到了由样品散射所产生的与入射光频率不同的散射光谱，即拉曼光谱。图图 2.5.12.5.1 激光拉曼光谱仪示意图根据分光原理的不同，拉曼光谱仪分为色散型（光栅光谱系统）和干涉型（付立叶变换系统）两大类。从 1986 年开始发展起来的付立叶变换（FT）拉曼光谱技术，采用近红外激光作光源，避免了荧光干扰和样品破坏，可以穿透生物组织，能直接获取生物组织内分子的有用信息；同时FT 技术的应用使它可通过一次扫描完成全波段范围的测定，并具有分辨率高、波数精度和重现性好的优点，可进行差谱等光谱数据的处理。与传统的色散型光谱仪相比，它也具有信噪比低、低SPECTROMETERLASERSAMPL
4、E eE43波数范围不能测量的弱点，更为重要的，由于水对近红外光的吸收，影响了 FT 拉曼光谱仪测量水溶液的灵敏度；而黑体辐射也限制了 FT 拉曼光谱仪对高温样品的测量。 2.5.22.5.2 特点及应用概况特点及应用概况拉曼位移一般为 104000 cm1，对应于分子转动或振转能级的跃迁。因此与红外光谱一样，拉曼光谱可提供分子结构的信息。不同的是，拉曼光谱来源于电磁辐射场（光）与分子诱导偶极的相互作用，是由具有对称分布的键的对称振动引起的。而红外光谱来源于分子偶极矩变化，是由分子的不对称振动引起。两种技术包含的信息通常是互补的。当原子间的某个键产生一个很强的红外信号时，对应的拉曼信号则较弱甚
5、至没有，反之亦然。因此，两种方法互相配合，可作为判断化合物结构的重要手段。一般来说，任何两种不同的化合物均给出不同的拉曼谱图，即各谱带的波数和强度不同，由此可以对化合物进行定性分析鉴定。而另一方面，不同化合物中同一基团或化学键又能给出波数相近的拉曼谱带，借此又可进行官能团的鉴别。拉曼光谱技术具有非破坏性、几乎不需要样品制备，可直接测定气体、液体和固体样品，并且可用水作溶剂，因此在含水溶液、不饱和碳氢化合物、聚合物结构、生物和无机物质以及医药制品等方面的分析比红外光谱分析法优越。在无机化合物研究方面，拉曼光谱可用于对各种矿化物如碳酸盐、磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐、硫酸盐、钼酸盐、钨酸盐、氧化物和硫化
6、物等的分析，也能鉴定红外光谱难以鉴定的高岭土、多水高岭土及陶土等。在对过渡金属配合物、生物无机化合物以及稀土类化合物等的研究中也都取得了良好的效果。用拉曼光谱还可测定硫酸、硝酸等强酸的离解常数等。在有机化合物研究方面，由于拉曼光谱振动叠加效应较小，谱带较为清晰，倍频和组频很弱，易于进行偏振度测量，以确定分子的对称性，因此比较容易确定谱带归属，在不饱和碳氢化合物、杂环化合物、染料以及有机化合物的结构表征等方面均获得了成功。拉曼光谱也用于高聚物的硫化、风化、降解、结晶度和取向性等方面的研究。在生物体系研究方面，拉曼光谱可直接对生物环境中（水溶液体系、pH 接近中性等）的酶、蛋白质、核酸等具有生物活性物质的结构进行研究。利用表面增强技术，研究人员解决了生物化学、生物物理和分子生物学中的许多问题，包括提供分子的特殊基团（如芳环以及氨基酸中的氨基、羧基等）与界面的相互作用、生物分子与金属表面的键合方式等。研究人员还尝试利用拉曼光谱技术研究各种疾病和药物的作用机理。
