拉曼光譜儀的原理及應(yīng)用 發(fā)布日期：2021-04-21 09:05:55 文章來源：萊雷科技
拉曼光譜儀的原理及應(yīng)用
拉曼光譜是印度科學(xué)家C.V.Raman發(fā)現(xiàn)的一種基于拉曼散射效應(yīng)的分析方法，通過對(duì)入射光不同頻率的散射光譜進(jìn)行分析，獲得分子振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的研究。
拉曼光譜儀原理：
當(dāng)光線照射分子并與分子中的電子云和分子鍵相互作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生拉曼效應(yīng)。對(duì)于自發(fā)拉曼效應(yīng)，光子激發(fā)分子從基態(tài)到虛能態(tài)。當(dāng)被激發(fā)的分子發(fā)射光子時(shí)，它會(huì)返回到與基態(tài)不同的旋轉(zhuǎn)或振動(dòng)狀態(tài)?；鶓B(tài)和新態(tài)之間的能量差使得釋放光子的頻率不同于激發(fā)光的波長。
如果分子在最終振動(dòng)態(tài)的能量高于初始態(tài)的能量，則激發(fā)光子的頻率較低，以保證系統(tǒng)的總能量守恒。這種頻率變化稱為斯托克斯位移。如果分子在最終振動(dòng)態(tài)的能量低于初始態(tài)的能量，則激發(fā)光子的頻率較高，稱為反斯托克斯位移。拉曼散射是非彈性散射的一個(gè)例子，因?yàn)槟芰渴峭ㄟ^光子和分子之間的相互作用傳遞的。
拉曼光譜主要用于有機(jī)化學(xué)中的結(jié)構(gòu)鑒定和分子相互作用。它是紅外光譜的補(bǔ)充，可以識(shí)別特殊的結(jié)構(gòu)特征或特征群。Abdel-Rahman位移的大小、強(qiáng)度和形狀是識(shí)別化學(xué)鍵和官能團(tuán)的重要依據(jù)。拉曼光譜也可以用來測(cè)定分子的異構(gòu)體。
在化學(xué)中，催化劑本身和催化劑的拉曼光譜可以提供表面材料的結(jié)構(gòu)信息，也可以用于催化劑制備過程的實(shí)時(shí)分析。同時(shí)，基于電化學(xué)界面結(jié)構(gòu)問題和分子水平上的吸附反應(yīng)問題，拉曼光譜是進(jìn)一步研究工作電極/溶液界面結(jié)構(gòu)和性能的重要手段，并應(yīng)用于電學(xué)、刻蝕和電鍍技術(shù)。
拉曼光譜可以提供許多有關(guān)高分子材料結(jié)構(gòu)的重要信息。如分子結(jié)構(gòu)與組成、立體規(guī)整性、結(jié)晶與取向、分子間相互作用、表面與界面結(jié)構(gòu)等。聚合物的立體化學(xué)純度可以有拉曼峰的寬度。隨機(jī)位置樣品和頭尾混合結(jié)構(gòu)樣品的拉曼峰弱而寬，而高度有序樣品的拉曼峰強(qiáng)而尖。
拉曼光譜是材料科學(xué)中研究物質(zhì)晶界結(jié)構(gòu)、相組成中的界面等問題的有力工具。包括：
（1） 薄膜結(jié)構(gòu)材料的拉曼光譜：拉曼光譜已成為化學(xué)氣相沉積（CVD）薄膜的檢測(cè)和鑒定方法。拉曼光譜可以用來研究單晶硅、多晶硅、微硅和非晶硅的結(jié)構(gòu)，以及硼化非晶硅、氫化非晶硅、金剛石和類金剛石薄膜的結(jié)構(gòu)。
（2） 超晶格材料研究：通過測(cè)量超晶格應(yīng)變層的拉曼頻移，可以計(jì)算出應(yīng)變層的應(yīng)力。
（3） 半導(dǎo)體材料研究：拉曼光譜可以測(cè)量離子注入后半導(dǎo)體損傷的分布、半磁性半導(dǎo)體的成分、外延層的質(zhì)量以及外延混合物的成分載流子濃度。
拉曼光譜儀是研究生物大分子的有力工具，由于水的拉曼光譜非常微弱，光譜非常簡單，所以拉曼光譜可以改變生物大分子的結(jié)構(gòu)，使其處于接近自然、活性的狀態(tài)。
生物大分子的拉曼光譜可以同時(shí)獲得許多有價(jià)值的信息
（1） 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)：螺旋、折疊、無規(guī)卷曲和旋轉(zhuǎn)
（2） 蛋白質(zhì)的主鏈結(jié)構(gòu)為：胺Ⅰ、胺Ⅲ、胺CC、胺CN。
（3） 蛋白質(zhì)的側(cè)鏈構(gòu)象：兩個(gè)苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸側(cè)鏈及其微環(huán)境變化星座形式
（4） 羧基、巰基、S-S和C-S的構(gòu)象變化對(duì)構(gòu)象變化敏感
（6） DNA的分子結(jié)構(gòu)以及DNA與其他分子的相互作用。
（7） 研究脂質(zhì)與生物膜、結(jié)構(gòu)、成分等的相互作用。
（8） 它為生物膜中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的相互作用提供了重要的信息。
各種中草藥的拉曼光譜反映了由于其化學(xué)成分的不同而導(dǎo)致的拉曼光譜的差異。拉曼光譜在中藥研究中的應(yīng)用包括：
1高效薄層色譜法（TLC）能有效地分離中草藥，但不能獲得各組分的結(jié)構(gòu)信息。表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）具有峰型窄、靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于中草藥化學(xué)成分的高靈敏度檢測(cè)。將薄層色譜（TLC）與SERS指紋圖譜相結(jié)合，對(duì)中草藥成分進(jìn)行原位分析是一種新方法。
拉曼光譜無需破壞樣品，可用于中藥材樣品的無損鑒定，對(duì)研究有價(jià)值的中藥材具有重要意義。
可用于中藥穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和質(zhì)量監(jiān)控。
由于中草藥、中成藥和復(fù)方藥的復(fù)雜混合體系，不需要分離提取任何成分，直接與細(xì)菌和細(xì)胞相互作用。通過拉曼光譜采集細(xì)菌和細(xì)胞的光譜，無損傷。觀察細(xì)菌和細(xì)胞的損傷程度，研究其藥理作用，優(yōu)化中藥、中成藥及配方。
