拉曼
光譜(Raman spectra),是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學家C.V.拉曼(Raman)所發(fā)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。拉曼光譜可提供快速、簡單、可重復、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。此外還具有以下特點:
LP-o8c 1.由于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。
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0~ 2.拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數的區(qū)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(qū)間則必須改變光柵、
光束分離器、濾波器和檢測器。
<%^&2UMg 3 拉曼光譜譜峰清晰尖銳,更適合定量研究、數據庫搜索、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(qū)間的強度可以和功能集團的數量相關!
Zfw,7am/ 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(guī)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(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)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。
vI?, 47Hj+ 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(fā)色基團的振動,這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。
f^e)O$N9] V+\Wb[zDJ 應用1.拉曼光譜在考古研究中的應用考古學家采用便攜式拉曼
系統(tǒng)對巖石與墓穴中的古代壁畫進行檢測,分析其顏料的化學成分。由于拉曼光譜的無損性,不用擔心珍貴的歷史遺跡遭到破壞。另外,許多墓穴或棺槨旁都有陪葬品,使用拉曼光譜儀對其中的一些陶瓷進行探測,能獲得其釉質、結構等重要信息,有助確定墓穴的年代。盡管目前拉曼技術還難以適用于大部分純金屬和合金的檢測,但對金屬藝術品上的腐蝕層、銅綠層能做出較好的鑒定。通過此類鑒定,考古學家能推測出藝術品曾經所處的環(huán)境變化,埋藏條件以及歷史年代等重要信息。如今,曾用來制作紡織品、編織品的各種植物纖維的拉曼圖譜目錄也已編輯完成,而各種生物的皮毛、牙齒、骨骼等拉曼圖譜也正被陸續(xù)收錄,以幫助、考古學家從此類遺跡中尋找歷史的線索。
2eogY# K:M8h{Ua 應用2.拉曼光譜在藥品與危險品鑒定中的應用波士頓大學化學系與
光學中心(Department of Chemistry and Photonics Center, Boston University)的R.H. Clarke,S. Londhe等人將海洋光學的PeakSeaker拉曼系統(tǒng)運用于藥品和違禁品的現場檢測并取得了成功。PeakSeaker采用785nm半導體
激光器光源, USB2000+作為探測器。USB2000+使用的是2048像素的非制冷型線陣CCD,測 量 范 圍0- 2700cm-1,內部采用1200線光柵及50微米的狹縫,分辨率約為30cm-1。使用該系統(tǒng)分別對琥珀色藥瓶中的二氫可待因酮、塑料瓶中的阿司匹林以及糖衣膠囊中的布洛芬進行探測,結果如圖1所示,同種藥品的兩條譜線幾乎重疊。由此可見,即便在分辨率只有30cm-1的情況下,拉曼系統(tǒng)仍能輕松鑒別藥品的成分,且無需取樣制備,非常便捷。
+t.b` U`- AX INThJ 圖1 氫可待因酮、塑料瓶中的阿司匹林以及糖衣膠囊中的布洛芬
cK@wsA^4 _aphkeqd 圖2 PeakSeaker拉曼系統(tǒng)對T N T,C4以及RDX的檢測結果
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>> 見圖1、圖2, PeakSeaker根據被測物各自的環(huán)狀基團(ring modes)與硝酸基團(nitrate group)的振動進行鑒別。圖中不難發(fā)現,被測物的特征峰非常明顯,容易鑒別。另外,由于混合C4的圖譜與RDX的圖譜接近,表明兩者的本質實際上是相同的。此文指出海洋光學推出的PeakSeaker拉曼檢測系統(tǒng)能夠準確鑒別物質,且其體積小,重量輕,可進行現場檢測的優(yōu)勢是大型單色儀望塵莫及的。
("@!>|H ;a/E42eN; 參考文獻:
`V1]k_h R. H. Clarke, Etc. Low-Resolution Raman Spectroscopy:Instrumentation and Applications in Chemical Analysis [J] Raman Spectrosc. 30, 827-832(1999)