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                拉曼光譜 (Raman spectroscopy)

                拉曼光譜 (Raman spectroscopy)

                什么是拉曼光譜?

                拉曼光譜屬于振動光譜的范疇。這意味著它通過化學方法分析樣品,利用光來創(chuàng)造(激發(fā))分子振動,然后解釋這種相互作用。

                它是基于當物質被光照射時發(fā)生的光的非彈性散射。由于波長的變化與照射光的波長相比非常小,所以使用單色光光源時最容易觀察到波長的變化。

                在這種(單色光)與樣品發(fā)生相互作用后,其中非常小的一部分改變了波長。這就是所謂的變化,拉曼效應。我們現(xiàn)在可以收集光,并利用它來獲取樣本的信息。

                拉曼效應

                為了更好地理解,重要的是要知道,當光子(光)“撞擊”物質時,大部分散射光在其波長上保持不變。

                例如,如果你用綠色激光筆指著一堵墻,你總會看到一個綠色的點。散射光的顏色明顯相同,這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。

                然而,也可以發(fā)生非彈性散射過程,然后導致發(fā)射不同波長的光。這通常與分子振動有關。這種散射現(xiàn)象被稱為拉曼效應,由阿道夫·斯邁卡爾在1923年預測,C.V.拉曼在1930年發(fā)現(xiàn)。

                利用光譜中的拉曼效應

                發(fā)現(xiàn)和理解拉曼效應為一種新的光譜學打開了大門。然而,由于單色光的使用發(fā)揮了重要作用,直到激光的發(fā)現(xiàn),拉曼光譜學才真正起飛。因此,用激光照射樣品,用光譜儀(色散或FT技術)分析一些散射光。最后,我們得到了一個拉曼光譜,顯示了我們所研究的材料的特征信號或“波段”。

                拉曼光譜儀是如何工作的?

                令人驚訝的是,建造拉曼光譜儀其實很簡單!

                為了獲得拉曼光譜,你只需要將激光聚焦到你想要研究的樣本上。然而,該樣品在用于激發(fā)的激光下不能顯示熒光。如果是這樣的話,熒光將覆蓋大部分的拉曼效應,因為相比之下它是如此微弱。

                激光照射完樣品后,散射光通過一個濾光片(以去除激發(fā)激光發(fā)出的任何光)。然后將其定向到光柵上,光柵像棱鏡一樣根據(jù)波長分布非彈性部分。最后,這些光線被導向CCD傳感器,然后根據(jù)強度輸出光譜。

                拉曼光譜是什么樣的?

                這是二甲基硅氧烷樣品(藍色)的拉曼光譜,與光譜庫中的參考物比較。

                在開頭我們提到拉曼光譜包含某些“波段”或信號。它們對于某些官能團是獨特的,通常對于物質也是如此。它們不僅提供了有關物質化學成分的信息,還提供了關于結晶度、多態(tài)性或壓力和溫度變化的信息。

                拉曼光譜是材料研究、新藥物開發(fā)以及任何需要納米級化學微量分析的領域的有力工具,拉曼可以分析0.5 μ m (500 nm)以下的樣品。

                關于拉曼顯微鏡

                通常,用于拉曼光譜的激光在可見范圍內,這意味著它可以自由地通過用于取樣玻片或顯微鏡鏡頭的玻璃。因此,將拉曼光譜儀集成到標準顯微鏡的光學系統(tǒng)中是相當可行的。

                事實上,通常顯微鏡比經(jīng)典的臺式拉曼光譜儀更受青睞,因為它提供了“點和拍攝”的方法,不需要很多額外的樣品制備。樣品(如石墨烯纖維)置于物鏡下,用顯微鏡瞄準并直接分析。

                簡單地說,拉曼顯微鏡是用于進行拉曼光譜的基于激光的顯微設備。

                拉曼光譜是基于光與物質化學鍵的相互作用。這產(chǎn)生了關于化學結構、多態(tài)性、結晶度和分子動力學的詳細信息。

                拉曼光譜提供了什么信息?

                拉曼光譜就像化學指紋,可以清晰地識別分子或材料。就像人類的指紋一樣,它可以與參考庫進行比對,從而非??焖俚刈R別材料或將其與其他材料區(qū)分開來。這樣的拉曼光譜庫通常包含數(shù)百個光譜,將樣品的光譜與這些光譜進行比較以確定分析物。

                • 化學成分及性質
                • 結晶度和多態(tài)性
                • 污染和缺陷
                • 熱暴露和機械暴露

                有樣品要求嗎?

                拉曼是一種通用的表征技術,因此對無機和有機材料都適用。然而,由于它是基于相當弱的拉曼效應,其他光譜效應和某些材料特性可能會嚴重干擾。在樣品熒光的情況下,樣品不會產(chǎn)生很好的拉曼光譜。然而,轉換到近紅外(NIR)激光器和FT-Raman技術是一個可行的解決方案。另一個更重要的問題是強吸收(如黑色)樣品,例如填充碳的聚合物。

                得到拉曼光譜需要多少時間?

                拉曼測量所需的時間取決于幾個因素,如所需的光譜質量、樣品性質,當然還有所用的拉曼光譜儀。通常,在幾秒鐘內就可以獲得高質量的拉曼光譜。

                拉曼光譜有哪些應用?

                拉曼光譜可以用于需要非破壞性(顯微)化學分析和成像的所有領域。它提供定性和定量分析問題的答案。通常,拉曼光譜易于使用,能快速提供表征樣品化學組成和結構的關鍵信息?;旧希瑯悠肥枪虘B(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)都無關緊要。

                以下是拉曼光譜的一些應用:

                • 藥品
                • 地質學和礦物學
                • 半導體
                • 材料研究
                • 醫(yī)療保健
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                上一篇 2022年8月15日 12:10
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