波譜課程論文

1、 波譜分析學(xué)期論文 拉曼光譜的應(yīng)用及進(jìn)展 專業(yè)：材料化學(xué) 學(xué)號(hào)：201520675 姓名：蘭峰拉曼光譜的應(yīng)用及進(jìn)展摘要：本文介紹了拉曼光譜與紅外光譜的應(yīng)用區(qū)別，重點(diǎn)綜述了拉曼光譜在高溫、高壓、技術(shù)上的應(yīng)用，以及拉曼光譜的快速分析檢測(cè)，提出了拉曼光譜技術(shù)存在的主要問(wèn)題與發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：拉曼光譜；紅外光譜；應(yīng)用；發(fā)展前景 1928 年，印度物理學(xué)家拉曼（Raman）首先發(fā)現(xiàn)了拉曼散射效應(yīng)，當(dāng)單色光照射至物質(zhì)上，物質(zhì)分子發(fā)生散射現(xiàn)象，出現(xiàn)與入射光頻率不同的散射光，所形成的光譜稱拉曼光譜。但是由于拉曼光十分微弱，其應(yīng)用受到了極大的限制。1960 年，出現(xiàn)了第一臺(tái)激光器，這為拉曼光譜提供了高亮度、高單

2、色性的理想光源。隨后，激光器又成功實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)的連續(xù)調(diào)諧，特別是傅立葉變換近紅外激光拉曼光譜儀（FT-NIR- Raman）的出現(xiàn)，消除了采用可見(jiàn)激光光源在某些熒光很強(qiáng)的物質(zhì)中拉曼信號(hào)可能被“淹沒(méi)”的現(xiàn)象，使拉曼光譜成為了研究分子振動(dòng)光譜和分子結(jié)構(gòu)表征的重要手段。目前，因拉曼光譜與紅外光譜相比有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，加之已成功實(shí)現(xiàn)了高溫、高壓、共振、表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用。因此拉曼光譜已成為有機(jī)物分析、無(wú)機(jī)物分析、聚合物研究、生物分析、痕量分析及超快分析中備受關(guān)注的分析方法之一。1 拉曼光譜與紅外光譜的應(yīng)用區(qū)別 拉曼光譜是由物質(zhì)分子對(duì)光源的散射產(chǎn)生的，紅外光譜是由物質(zhì)分子對(duì)光源的吸收產(chǎn)生的。二者都

3、與分子的振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化有關(guān)。拉曼光譜來(lái)源于分子極化度的變化，是由有對(duì)稱電荷分布的鍵的對(duì)稱振動(dòng)引起。如C=C、N=N及SS等，這些鍵振動(dòng)時(shí)偶極矩不發(fā)生變化。紅外光譜來(lái)源于分子偶極矩的變化，是由OH及CX 等極性基團(tuán)的振動(dòng)引起，由于基團(tuán)振動(dòng)是不對(duì)稱的，振動(dòng)時(shí)偶極矩發(fā)生變化。因此，拉曼光譜常用于研究非極性基團(tuán)與骨架的對(duì)稱振動(dòng)；紅外光譜常用于研究極性基團(tuán)的非對(duì)稱振動(dòng)。目前，這兩種方法相互配合，已成為有機(jī)物、無(wú)機(jī)物及金屬有機(jī)化合物分析的有力工具。由于無(wú)機(jī)物及金屬有機(jī)化合物所含的金屬原子質(zhì)量大，其重要振動(dòng)落在低頻區(qū)，對(duì)此低頻區(qū)，遠(yuǎn)紅外光譜難以測(cè)定，而拉曼光譜檢測(cè)低頻振動(dòng)有其獨(dú)特的優(yōu)越性，如Al（CH

4、）44-、Sn（CH）2-6。的拉曼光譜均已得到1。2 高溫拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用 拉曼散射光僅為激發(fā)光強(qiáng)的10-610-8，若樣品的溫度過(guò)高，自身的熱輻射就會(huì)增強(qiáng)而淹沒(méi)散射光。高溫拉曼技術(shù)采用短波長(zhǎng)的激發(fā)光源、空間分辨技術(shù)2和時(shí)間分辨法3三種方法來(lái)保證處于高溫狀態(tài)下的樣品能夠有效地檢測(cè)出散射光，使晶體的微觀結(jié)構(gòu)確證和相變及動(dòng)力學(xué)過(guò)程得到了更加有力支撐。周文平4測(cè)量并研究了2981573 K 范圍內(nèi)鉭鈮酸鉀（KTN）晶體的拉曼光譜及其熔體的高溫拉曼光譜，分析了KTN 晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化的規(guī)律。張霞5 在3001173K 的溫度范圍下研究LiB3O5晶體結(jié)構(gòu)隨溫度升高的變化和相變，其結(jié)果與LiB3O

5、5晶體的相圖給出1107 K 的相變溫度基本相符。尤林靜6測(cè)量了銳鈦礦型和金紅石TiO2在2981923K 的高溫拉曼光譜，分析了特征峰隨溫度變化的規(guī)律以及兩種結(jié)構(gòu)相的溫度依賴性，為不同晶型TiO2 的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)。3 高壓拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用 高壓下元素的性質(zhì)和常壓下有所不同，因此有必要對(duì)高壓下的元素進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)。高壓拉曼光譜是研究高壓下物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的有力工具之一。于翠玲等7利用高壓拉曼光譜探討PbMo4晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。張紅等8利用高壓拉曼光譜對(duì)金紅石加壓至40 GPa進(jìn)行了原位分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)壓力達(dá)到21.1 GPa 時(shí)完全相變，在卸壓的過(guò)程中，斜鋯石

6、又轉(zhuǎn)變?yōu)镻bO2結(jié)構(gòu)。李瑞等9完成了正己醇在高拉曼變化規(guī)律的研究，解決了在常溫高壓下正己醇性質(zhì), 包括穩(wěn)定性、壓力結(jié)冰點(diǎn)和固液相變的摩爾體積變化值等問(wèn)題。王世霞10研究了重水在291K, 11800 MPa 條件下的拉曼光譜效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在壓力增大的過(guò)程中, 重水的拉曼伸縮振動(dòng)光譜向低頻方向移動(dòng)，隨著壓力的增大，重水分子傾向于形成重水分子團(tuán)簇，并且易于形成最穩(wěn)定的五重水分子團(tuán)簇。李月11對(duì)橄欖石的高壓變化做了的探索，研究了六個(gè)壓力下的石英及橄欖石的拉曼光譜效應(yīng)，得出結(jié)論：隨壓力的升高，橄欖石的拉曼特征峰除了向高波數(shù)方向偏移，兩個(gè)拉曼峰間的波數(shù)差減小，半峰寬增大以外，特征峰波數(shù)隨壓力的變化不是

7、線性的。張海寧等12通過(guò)高壓拉曼光譜研究表明在高壓下ZnO 晶粒的生長(zhǎng)速率大大提高，并指出ZnO 晶?？焖偕L(zhǎng)可能的原因。顯然，高壓拉曼技術(shù)已經(jīng)悄然應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)等重要領(lǐng)域，但由于其技術(shù)的高成本，研究開(kāi)發(fā)更加廉價(jià)的壓砧材料勢(shì)在必行。6 拉曼技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品、寶石鑒定及文物考古方面的快速分析檢測(cè) 拉曼光譜技術(shù)以其對(duì)樣品的非接觸性、非破壞性、檢測(cè)靈敏度高、時(shí)間短、樣品所需量小及無(wú)需制備等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品、寶石鑒定、文物考古13等方面。特別是便攜式和有效消除熒光干擾的拉曼光譜儀的應(yīng)用，更使現(xiàn)場(chǎng)快速分析如虎添翼。氯霉素對(duì)人體骨髓有很大影響?？殿U璞等14利用電解

8、法制備銀膜，使用在氯霉素拉曼光譜中，可快速檢測(cè)出食品中殘留氯霉素。居室環(huán)境中甲醛等揮發(fā)性有機(jī)物的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)具有巨大的應(yīng)用前景。陶家友15直接測(cè)量甲醛分子產(chǎn)生的拉曼光譜，快速測(cè)定了新居室環(huán)境中甲醛的濃度。蘋(píng)果汁中摻假情況屢見(jiàn)不鮮。馬寒露等16使用便攜式拉曼光譜儀，結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)的方法, 較好地鑒別了蘋(píng)果汁、梨汁和摻入梨汁的蘋(píng)果汁，并且建立了蘋(píng)果汁中梨汁摻入量的模型, 能夠較準(zhǔn)確地分析摻假蘋(píng)果汁的含量，該法的建立為其他類似摻偽問(wèn)題的解決提供了借鑒。合成染色劑蘇丹紅為三類致癌物。陳晨等17利用拉曼光譜法檢測(cè)蘇丹紅（包括、和），檢查時(shí)間僅為10s，而高效液相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用法等對(duì)蘇丹紅進(jìn)行檢測(cè)，在

9、不需要對(duì)檢測(cè)物進(jìn)行預(yù)處理的情況下最快也要13 min。隨著翡翠處理技術(shù)的不斷提高，給翡翠的檢測(cè)帶來(lái)了困難。范建良等采用785 nm拉曼光譜儀比較了翡翠樣品的拉曼特征，有效地檢測(cè)了翡翠真?zhèn)?，取得令人滿意的結(jié)果。7 結(jié)語(yǔ)高溫、高壓拉曼光譜技術(shù)同其他的波譜技術(shù)相結(jié)合，可用于研究常溫下不穩(wěn)定或在不同溫度下結(jié)構(gòu)有變化的物質(zhì)，為一些極端環(huán)境條件的物質(zhì)研究提供有力的支撐，未來(lái)的研究將主要集中在新材料結(jié)構(gòu)、相變和動(dòng)力學(xué)過(guò)程。表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)將應(yīng)用于新型基底的制備、合成以及機(jī)理的研究，同時(shí)，由于SERS 能抑制熒光的發(fā)射，大大增強(qiáng)了拉曼光譜在生物分子研究中的能力，是生物分子定性、定量、分子結(jié)構(gòu)及表面形態(tài)等研究的

10、強(qiáng)有力工具，傅立葉變換拉曼光譜有望從分子水平研究以鑒定疾病的起因。此外，由于超脈沖激光的出現(xiàn)及瞬態(tài)拉曼技術(shù)的發(fā)展，拉曼光譜快速分析技術(shù)的應(yīng)用也將受到極大的發(fā)展，有望為一些諸如閃電、放電、燃燒、光合、光解等瞬息即逝的過(guò)程提供新的研究手段。但是，表面增強(qiáng)拉曼光譜的機(jī)理尚不明確，質(zhì)優(yōu)廉價(jià)加熱材料和抗壓材料較少，快速定量分析的準(zhǔn)確度欠佳等等，這些均有待進(jìn)一步完善提高。參考文獻(xiàn)1 戴樹(shù)桂. 儀器分析M. 北京: 高等教育出版社,1984:270-271.2Chen H,Jiang G C,You L J,et al. High Temperature RamanSpectroscopy Techniqu

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