拉曼課堂小知識（三）——拉曼光譜技術

1.拉曼光譜的原理是什麼?

光照射到物質上發生彈性散射和非彈性散射. 彈性散射的散射光是與激發光波長相同的成分.非彈性散射的散射光有比激發光波長長的和短的成分, 統稱為拉曼效應。

當用波長比試樣粒徑小得多的單色光照射氣體、液體或透明試樣時，大部分的光會按原來的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開來，產生散射光。在垂直方向觀察時，除了與原入射光有相同頻率的瑞利散射外，還有一系列對稱分佈著若干條很弱的與入射光頻率發生位移的拉曼譜線，這種現象稱為拉曼效應。由於拉曼譜線的數目，位移的大小，譜線的長度直接與試樣分子振動或轉動能級有關。因此，與紅外吸收光譜類似，對拉曼光譜的研究，也可以得到有關分子振動或轉動的信息。目前拉曼光譜分析技術已廣泛應用於物質的鑒定，分子結構的研究譜線特徵。

2.拉曼散射光譜具有哪些特徵？

a.拉曼散射譜線的波數雖然隨入射光的波數而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關,只和樣品的振動轉動能級有關；

b. 在以波數為變數的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分佈在瑞利散射線兩側, 這是由於在上述兩種情況下分別相應於得到或失去了一個振動量子的能量。

c. 一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由於Boltzmann分佈，處于振動基態上的粒子數遠大於處于振動激發態上的粒子數。

3.拉曼光譜技術的優越性有哪些？

1.提供快速、簡單、可重複、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。此外 1、由於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。

2、拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數的區間，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間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測器

3、拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、資料庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究。在化學結構分析中，獨立的拉曼區間的強度可以和功能集團的數量相關。

4、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紅外光譜一個很大的優勢。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。

5、共振拉曼效應可以用來有選擇性地增強大生物分子特個發色基團的振動，這些發色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。

1.拉曼光譜在考古研究中應用對古代青銅器的腐蝕產物進行分析研究 ，有利於我們認識古代各國的合金技術及處理工藝 , 研究其腐蝕機理 ，從而探討古青銅器的保護方案。

2.拉曼光譜可以對生物材料樣品進行測定而不會改變樣品的性狀 ，為此應用這項技術對動物組織和細胞進行研究可用於醫學診斷為癌症診斷和機理分析提供重要的信息和數據。這對於癌症的診斷具有重要的臨床意義。

3.拉曼光譜可用於分析檢測食品中糖類、蛋白質、脂肪、維生素和色素等成分，還可應用於食品工業快速檢測、質量控制、無損檢測等方面。

4.拉曼光譜技術在林業中的應用林木種子的優劣是造林的關鍵 ，選用良種是培育壯苗和林木速生、豐產、優質的重要措施。用拉曼光譜儀可以測定木材的纖維素、半纖維素和木質素、金屬、SiO2等物質的含量和玻璃化溫度 ，從而對木材材性進行量化分析。

5.拉曼光譜技術在物證鑒定中的應用拉曼光譜技術無損樣品的優越性使其可廣泛應用於各類理化物證的鑒定中。通過對作用前後的拉曼光譜分析 , 可以獲知 DNA 的脫氧核糖、鹼基和整個骨架的轉動和振動以及空間構型變化等重要信息。

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