拉曼光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域及工作原理

第第頁(yè)拉曼光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域及工作原理拉曼光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域

1、拉曼光譜在化學(xué)討論中的應(yīng)用

拉曼光譜在有機(jī)化學(xué)方面緊要是用作結(jié)構(gòu)鑒定和分子相互作用的手段，它與紅外光譜互為補(bǔ)充，可以辨別特別的結(jié)構(gòu)特征或特征基團(tuán)。拉曼位移的大小、強(qiáng)度及拉曼峰形狀是鑒定化學(xué)鍵、官能團(tuán)的緊要依據(jù)。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分子異構(gòu)體判定的依據(jù)。在無(wú)機(jī)化合物中金屬離子和配位體間的共價(jià)鍵常具有拉曼活性，由此拉曼光譜可供應(yīng)有關(guān)配位化合物的構(gòu)成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性等信息。另外，很多無(wú)機(jī)化合物具有多種晶型結(jié)構(gòu)，它們具有不同的拉曼活性，因此用拉曼光譜能測(cè)定和辨別紅外光譜無(wú)法完成的無(wú)機(jī)化合物的晶型結(jié)構(gòu)。

在催化化學(xué)中，拉曼光譜能夠供應(yīng)催化劑本身以及表面上物種的結(jié)構(gòu)信息，還可以對(duì)催化劑制備過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)討論。同時(shí)，激光拉曼光譜是討論電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)和性能的緊要方法，能夠在分子水平上深入討論電化學(xué)界面結(jié)構(gòu)、吸附和反應(yīng)等基礎(chǔ)問(wèn)題并應(yīng)用于電催化、腐蝕和電鍍等領(lǐng)域。

2、拉曼光譜在高分子材料中的應(yīng)用

拉曼光譜可供應(yīng)聚合物材料結(jié)構(gòu)方面的很多緊要信息。如分子結(jié)構(gòu)與構(gòu)成、立體規(guī)整性、結(jié)晶與去向、分子相互作用，以及表面和界面的結(jié)構(gòu)等。從拉曼峰的寬度可以表征高分子材料的立體化學(xué)純度。如無(wú)規(guī)立場(chǎng)試樣或頭—頭，頭—尾結(jié)構(gòu)混雜的樣品，拉曼峰是弱而寬，而高度有序樣品具有強(qiáng)而尖銳的拉曼峰。討論內(nèi)容包括：

（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)和立構(gòu)性判定：高分子中的C＝C、C—C、S—S、C—S、N—N等骨架對(duì)拉曼光譜特別敏感，常用來(lái)討論高分子的化學(xué)組份和結(jié)構(gòu)。

（2）組分定量分析：拉曼散射強(qiáng)度與高分子的濃度成線性關(guān)系，給高分子組分含量分析帶來(lái)便利。

（3）晶相與無(wú)定形相的表征以及聚合物結(jié)晶過(guò)程和結(jié)晶度的監(jiān)測(cè)。

（4）動(dòng)力學(xué)過(guò)程討論：伴隨高分子反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程如聚合、裂解、水解和結(jié)晶等。相應(yīng)的拉曼光譜某些特征譜帶會(huì)有強(qiáng)度的更改。

（5）高分子取向討論：高分子鏈的各向異性必定帶來(lái)對(duì)光散射的各向異性，測(cè)量分子的拉曼帶退偏比可以得到分子構(gòu)型或構(gòu)象等方面的緊要信息。

（6）聚合物共混物的相容性以及分子相互作用討論。

（7）復(fù)合材料應(yīng)力松弛和應(yīng)變過(guò)程的監(jiān)測(cè)。

（8）聚合反應(yīng)過(guò)程和聚合物固化過(guò)程監(jiān)控。

3、拉曼光譜技術(shù)在材料科學(xué)討論中的應(yīng)用

拉曼光譜在材料科學(xué)中是物質(zhì)結(jié)構(gòu)討論的有力工具，在相構(gòu)成界面、晶界等課題中可以做很多工作。包括：

（1）薄膜結(jié)構(gòu)材料拉曼討論：拉曼光譜已成CVD（化學(xué)氣相沉積法）制備薄膜的檢測(cè)和鑒定手段。拉曼可以討論單、多、微和非晶硅結(jié)構(gòu)以及硼化非晶硅、氫化非晶硅、金剛石、類金剛石等層狀薄膜的結(jié)構(gòu)。

（2）超晶格材料討論：可通過(guò)測(cè)量超晶格中的應(yīng)變層的拉曼頻移計(jì)算出應(yīng)變層的應(yīng)力，依據(jù)拉曼峰的對(duì)稱性，知道晶格的完整性。

（3）半導(dǎo)體材料討論：拉曼光譜可測(cè)出經(jīng)離子注入后的半導(dǎo)體損傷分布，可測(cè)出半磁半導(dǎo)體的組分，外延層的質(zhì)量，外延層混品的組分載流子濃度。

（4）耐高溫材料的相結(jié)構(gòu)拉曼討論。

（5）全碳分子的拉曼討論。

（6）納米材料的量子尺寸效應(yīng)討論。

4、拉曼光譜在生物學(xué)討論中的應(yīng)用

拉曼光譜是討論生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡(jiǎn)單，故拉曼光譜可以在接近自然狀態(tài)、活性狀態(tài)下來(lái)討論生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化。

生物大分子的拉曼光譜可以同時(shí)得到很多寶貴的信息：

（1）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)：α—螺旋、β—折疊、無(wú)規(guī)卷曲及β—回轉(zhuǎn)

（2）蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)像：酰胺Ⅰ、Ⅲ，C—C、C—N伸縮振動(dòng)

（3）蛋白質(zhì)側(cè)鏈構(gòu)像：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的側(cè)鏈和后二者的構(gòu)像及存在形式隨其微環(huán)境的變化

（4）對(duì)構(gòu)像變化敏感的羧基、巰基、S—S、C—S構(gòu)像變化

（5）生物膜的脂肪酸碳?xì)滏溞D(zhuǎn)異構(gòu)現(xiàn)象。

（6）DNA分子結(jié)構(gòu)以及和DNA與其他分子間的作用。

（7）討論脂類和生物膜的相互作用、結(jié)構(gòu)、組分等。

（8）對(duì)生物膜中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)相互作用供應(yīng)緊要信息。

5、拉曼光譜在中草藥討論中的應(yīng)用

各種中草藥因所含化學(xué)成分的不同而反映出拉曼光譜的差異，拉曼光譜在中草藥討論中的應(yīng)用包括：

（1）中草藥化學(xué)成分分析

高效薄層色譜（TLC）能對(duì)中草藥進(jìn)行有效分別但無(wú)法獲得各組份化合物的結(jié)構(gòu)信息，而表面加強(qiáng)拉曼光譜（SERS）具有峰形窄、靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)中草藥化學(xué)成分進(jìn)行高靈敏度的檢測(cè)。利用TLC的分別技術(shù)和SERS的指紋性鑒定結(jié)合，是一種在TLC原位分析中草藥成分的新方法。

（2）中草藥的無(wú)損辨別

由于拉曼光譜分析，無(wú)需破壞樣品，因此能對(duì)中草藥樣品進(jìn)行無(wú)損辨別，這對(duì)寶貴中中草藥的討論特別緊要。

（3）中草藥的穩(wěn)定性討論

利用拉曼光譜動(dòng)態(tài)跟蹤中草藥的變質(zhì)過(guò)程，這對(duì)中草藥的穩(wěn)定性推想、監(jiān)控藥材的質(zhì)量具有直接的引導(dǎo)作用。

（4）中藥的優(yōu)化

對(duì)于中草藥及中成藥和復(fù)方這一多而雜的混合物體系，不需任何成分分別提取直接與細(xì)菌和細(xì)胞作用，利用拉曼光譜無(wú)損采集細(xì)菌和細(xì)胞的光譜圖，察看細(xì)菌和細(xì)胞的損傷程度，討論其藥理作用，并進(jìn)行中藥材、中成藥和方劑的優(yōu)化討論。

6、拉曼光譜技術(shù)在寶石討論中的應(yīng)用

拉曼光譜技術(shù)已被成功地應(yīng)用于寶石學(xué)討論和寶石鑒定領(lǐng)域。拉曼光譜技術(shù)可以精準(zhǔn)地鑒定寶石內(nèi)部的包裹體，供應(yīng)寶石的成因及產(chǎn)地信息，并且可以有效、快速、無(wú)損和精準(zhǔn)地鑒定寶石的類別——天然寶石、人工合成寶石和優(yōu)化處理寶石。

（1）拉曼光譜在寶石包裹體討論中的應(yīng)用

拉曼光譜可以用于寶石包裹體化學(xué)成分的定性、定量檢測(cè)，利用拉曼光譜技術(shù)討論礦物內(nèi)的包裹體特征，可以獲得有關(guān)寶石礦物的成因及產(chǎn)地的信息。

（2）拉曼光譜在寶石鑒定中的應(yīng)用

拉曼光譜測(cè)試的微區(qū)可達(dá)1—2um，在寶石鑒定中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠探測(cè)寶石極其微小的雜質(zhì)、顯微內(nèi)含物和人工摻雜物，且能充分寶石鑒定所必需的無(wú)損、快速的要求。

另外，拉曼顯微鏡的共聚焦設(shè)計(jì)（confoal）可以實(shí)現(xiàn)在不破壞樣品的情況下對(duì)