“ 昨天咱們講了紫外分光光度計，今天就說一說拉曼光譜法。 ” 分子振動也可能引起分子極化率的變化，產生拉曼光譜。拉曼光譜不是觀察光的吸收, 而是觀察光的非彈性散射。非彈性散射光很弱，過去較難觀測。激光拉曼光譜的出現使靈敏度和分辨力大大提高，應用日益廣泛。 拉曼散射效應的進展 1928年，印度物理學家拉曼（C.V.Raman）首次發現曼散射效應，榮獲 1930年的諾貝爾物理學獎。 1928-1940年，拉曼光譜成為研究分子結構的主要手段。 1960年以后，激光技術的發展使拉曼技術得以復興。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等優點，成為拉曼光譜的理想光源。隨探測技術的改進和對被測樣品要求的降低，目前在物理、化學、醫藥、工業等各個領域拉曼光譜得到了廣泛的應用，越來越受研究者的重視。 什么是拉曼光譜分析法 拉曼光譜分析法是基于印度科學家C.V.拉曼（Raman）所發現的拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息，并應用于分子結構研究的一種分析方法。 拉曼光譜儀原理 當光線照射到分子并且和分子中的電子云及分子鍵結產生相互作用，就會發生拉曼效應。對于自發拉曼效應，光子將分子從基態激發到一個虛擬的能量狀態。當激發態的分子放出一個光子后并返回到一個不同于基態的旋轉或振動狀態。在基態與新狀態間的能量差會使得釋放光子的頻率與激發光線的波長不同。 如果最終振動狀態的分子比初始狀態時能量高，所激發出來的光子頻率則較低，以確保系統的總能量守衡。這一個頻率的改變被名為Stokes shift。如果最終振動狀態的分子比初始狀態時能量低，所激發出來的光子頻率則較高，這一個頻率的改變被名為Anti-Stokes shift。拉曼散射是由于能量透過光子和分子之間的相互作用而傳遞，就是一個非彈性散射的例子。 關于振動的配位，分子極化電位的改變或稱電子云的改變量，是分子拉曼效應必定的結果。極化率的變化量將決定拉曼散射強度。該模式頻率的改變是由樣品的旋轉和振動狀態決定。 1.Rayleigh散射：彈性碰撞；無能量交換，僅改變方向； 2.Raman散射：非彈性碰撞；方向改變且有能量交換； 拉曼光譜的特征 1. 對不同物質Raman 位移不同； 2.對同一物質Δν與入射光頻率無關；是表征分子振-轉能級的特征物理量；是定性與結構分析的依據； 3.拉曼線對稱地發布在瑞利線兩側，長波一側為斯托克斯線，短波一側為反斯托克斯線； 4.斯托克斯線強度比反斯托克斯線強； 拉曼譜圖的構成和特征 一張拉曼譜圖通常由一定數量的拉曼峰構成，每個拉曼峰代表了相應的拉曼位移和強度。每個譜峰對應于一種特定的分子鍵振動，其中既包括單一的化學鍵，例如C-C，C=C，N-O，C-H等，也包括由數個化學鍵組成的基團的振動，例如苯環的呼吸振動、多聚物長鏈的振動以及晶格振動等。 拉曼光譜可以提供樣品化學結構、相和形態、結晶度及分子相互作用的詳細信息。 主要的拉曼光譜儀 激光Raman光譜儀（laser Raman spectroscopy） Ar激光器： 波長: 514.5nm，488.0nm； 單色器： 光柵，多單色器； 檢測器： 光電倍增管，光子計數器； 傅立葉變換-拉曼光譜儀（FT-Raman spectroscopy） 光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器（1.064um）； 檢測器：高靈敏度的銦鎵砷探頭； 特點： （1）避免了熒光干擾； （2）精度高； （3）消除了瑞利譜線； （4）測量速度快。 拉曼光譜的分析方向 拉曼光譜儀分析技術是以拉曼效應為基礎建立起來的分子結構表征技術,其信號來源與分子的振動和轉動。 拉曼光譜的分析方向有： 定性分析：不同的物質具有不同的特征光譜，因此可以通過光譜進行定性分析。 結構分析：對光譜譜帶的分析,又是進行物質結構分析的基礎。 定量分析：根據物質對光譜的吸光度的特點,可以對物質的量有很好的分析能力。 拉曼光譜的應用 由拉曼光譜可以獲得有機化合物的各種結構信息： 1 同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，C ≡C產生強拉曼譜帶， 隨單鍵到雙鍵再到三鍵譜帶強度增加。 2 紅外光譜中，由C ≡N，C=S，S-H伸縮振動產生的譜帶一般較弱或強度可變，而在拉曼光譜中則是強譜帶。 3 環狀化合物的對稱呼吸振動常常是最強的拉曼譜帶。 4.在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類鍵的對稱伸縮振動是強譜帶，反這類鍵的對稱伸縮振動是弱譜帶。紅外光譜與此相反。 5 C-C伸縮振動在拉曼光譜中是強譜帶。 6 醇和烷烴的拉曼光譜是相似的：I. C-O鍵與C-C鍵的力常數或鍵的強度沒有很大差別。II. 羥基和甲基的質量僅相差2單位。 III.與C-H和N-H譜帶比較，O-H拉曼譜帶較弱。 拉曼光譜儀用于分析的優、缺點 1.拉曼光譜用于分析的優點 拉曼光譜的分析方法不需要對樣品進行前處理，也沒有樣品的制備過程，避免了一些誤差的產生，并且在分析過程中操作簡便，測定時間短，靈敏度高等優點 2.拉曼光譜用于分析的不足 　　(1)拉曼散射面積 　　(2)不同振動峰重疊和拉曼散射強度容易受光學系統參數等因素的影響 　　(3)熒光現象對傅立葉變換拉曼光譜分析的干擾 　　(4)在進行傅立葉變換光譜分析時，常出現曲線的非線性的問題 　　(5)任何一物質的引入都會對被測體體系帶來某種程度的污染，這等于引入了一些誤差的可能性，會對分析的結果產生一定的影響。 拉曼光譜經典問題集錦 一、如何用拉曼光譜儀測透明的有機物液體，測試時放到了玻璃片上測出來的結果是玻璃的光譜。 1.我今天還在用激光拉曼測聚苯乙烯，沒有出現你說的情況啊是不是玻璃管被污染的厲害？ 2.你測出的玻璃的信號，有沒有可能們焦點位置不對？ 3.應該是聚焦位置不對，聚在玻璃上了，我以前也犯過同樣的錯誤。 4.用凹面載玻片，液體量會比較多，然后用顯微鏡聚焦好就可以了，如果，液體有揮發性，最好液體上用蓋玻片，然后，焦點聚焦到蓋玻片以下。 ※如果還不行，你可以查一下“液芯光纖”這個東東 5.建議： （1）有機液體里面的分析物質濃度多大? Raman測定的是散射光，所以在溶液中的強度相對比較底，故分析物濃度要大些。 （2）你用的是共聚焦Raman嗎？聚焦點要在毛細管的溶液里面才好。可以在溶液中放點“雜物”方便聚焦。 （3）玻璃是無定形態物質，應該Raman信號比較弱才對。 二、我們這里有做生物樣品的拉曼光譜的，在獲得的圖里面有很強的熒光，有的說，如果拉曼得不到就用其熒光譜。可我想問一下，在拉曼譜里面得到的熒光背景，是真正的熒光特征譜嗎？這和熒光光譜儀里面的熒光圖有什么區別？ 1.原則上說，拉曼譜中的熒光和熒光譜中的熒光是一樣的，只要激發波長和功率密度相同。注意橫坐標要從波數變換為納米，即用10000000nm（1cm）除以波數就行了。但有一點要注意，不同波長的激發光照射樣品，得到的拉曼相近，但熒光可以有很大不同，甚至相同波長不同功率激發，熒光譜都大不一樣。 2.“注意橫坐標要從波數變換為納米，即，用10000000nm（1cm）除以波數就行了”？ Raman測定的是散射光，得到的是Raman shift.Raman shift和絕對波長（熒光光譜）之間要一個轉換的吧。 3.生物樣品一般熒光峰比較寬，用熒光光測試之前一般先會做儀器本身曲線校正也就是儀器本身的響應曲線，這樣測出的熒光峰才比較準，特別是對于寬峰更要做這個較準。 而Raman光譜一般采集的區域比較窄（指的是波長區域），一般在窄的波長范圍變化不大，因此一般不考慮儀器本身響應曲線誤差，但是Raman光譜來測寬熒光峰，影響就比較大。 三、什么是共焦顯微拉曼光譜儀? 1.共焦拉曼指的是空間濾波的能力和控制被分析樣品的體積的能力。通常主要是利用顯微鏡系統來實現的。 僅僅是增加一個顯微鏡到拉曼光譜儀上不會起到控制被測樣品體積的作用的—為達到這個目的需要一個空間濾波器。 2.顯微是利用了顯微鏡，可以觀測并測量微量樣品，最小1微米左右； (2)共焦是樣品在顯微鏡的焦平面上，而樣品的光譜信息被聚焦到CCD上，都是焦點，所以叫共聚焦。 3.拉曼儀器的共焦有2種呢，一種是針孔共焦，一種是贗共焦。我覺得好像不應該稱為贗共焦，共聚焦有真正的定義說一定要針孔才是共聚焦嗎？好像沒有，頂多稱為傳統共聚焦或者針孔共聚焦、簡單共聚焦之類的。（個人想法，大家指正。） 四、請問，測固體粉末的拉曼圖譜時，對于熒光很強的物質，應該如何處理？特別是當熒光將拉曼峰湮滅時，應該怎么辦？增加照射時間的方法，我試過，連續照射了4小時，結果還是有很強的熒光。我只有一臺532nm的激光器，所以更換激光波長的方法目前我不能用。想問問各位，還有別的方法嗎？ 1.使用SERS技術或者使用很少量的樣品進行測量，或者稀釋你的樣品到一些別的基體里面去，比如，KBr。 2.波長不可調的話，激光強度應該是可調的，你把激光強度調低點試試。這個在光源和軟件上都有調的。全調到比較低的，然后再用長時間試試。 3.可以嘗試找一種溶劑溶解粉末，看能不能猝滅熒光背景。采用反斯托克斯，濾光片用Nortch濾光片。 五、請問用激光拉曼儀能測量薄膜的厚度、折射率及應力嗎？它能對薄膜進行那些方面的測量呢？ 1.應該不能測薄膜的厚度、折射率及應力吧； 2.現在的共焦顯微拉曼可以做膜及不同層膜的，你的問題我覺得用橢偏儀更好； 3.拉曼光譜可以測量應力，厚度好像不行； 4.應力可以測，應力有差別的時候拉曼會有微小頻移，其他兩種沒聽說過拉曼能測。 六、拉曼做金屬氧化物含量的下限是多少? 我有一幾種氧化物的混合物，其中MoO3含量只有5%，XRD檢測不到，拉曼可以嗎？ 應該和待測樣品的拉曼活性有關，并不能絕對說一定能測到多少檢測線，有些氧化物可能純的樣品也測不出光譜，信號強的則可能會低一些。 七、小弟是剛涉足拉曼這個領域，主打生物醫學方面。實驗中，發現溫度不同時，拉曼好像也不一樣。不知到哪位能幫忙解釋一下這個現象? 溫度升高，拉曼線會頻移，線寬會變寬，只要物質狀態不變，特征峰不會有太大變化，除非高溫造成化學反應或者其他變化。 八、文獻上說，拉曼的峰強與物質的濃度是成正比關系，那么比如我配置1mol/L的某溶液，和0.5mol/L的溶液，其峰強度是正好一半的關系嗎？應用拉曼，是否能采用峰積分，或者用近紅外那樣的多元統計的辦法來定量嗎？準確度怎么樣？ 存在激發效率的問題，拉曼一直以來被認為只能做半定量的研究，就是因為不是線性的，有這方面的文獻，具體記不清了。 九、拉曼峰1640對應的是什么東西啊？無機的…… 1.這個峰一般來說是C=O雙鍵的峰，可是你說是無機物，很有可能是某一個基團的倍頻峰，看看820左右或者是某兩個峰的疊加。 2.也有可能是你在測量過程當中由于激光引起的碳化物質。還有一種可能就是C=C。 3.拉曼在1610-1680波數區間有C=N雙鍵的強吸收。 十、1.紅外分析氣體需要多高的分辨率？ 2.拉曼光譜儀是否可分析純金屬？ 3.紅外與拉曼聯用，BRUKER和NICOLET哪個好些？ 1.分析氣體時理論上最高只需0.5cm-1。實際應用上絕大部分情況下4cm-1已足夠。對于氣體，還是希望分辨率高一些好，一般都用1cm－1一下，這樣對氣體的一些微小峰的變化檢測更好 2.基本上不可能： 金屬不太可能作出來，一般不發生分子極化率改變。 3.這兩家公司的紅外各有千秋相差不多，關鍵是你更看重哪些指標。