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什么是拉曼光譜學?拉曼光譜有哪些應用?

發布時間:2019/12/19

什么是拉曼光譜學?拉曼光譜有哪些應用?

拉曼光譜學是用來研究晶格及分子的振動模式、旋轉模式和在一系統里的其他低頻模式的一種分光技術。拉曼散射為一非彈性散射,通常用來做激發的激光范圍為可見光、近紅外光或者在近紫外光范圍附近。激光與系統聲子做相互作用,導致最后光子能量增加或減少,而由這些能量的變化可得知聲子模式。這和紅外光吸收光譜的基本原理相似,但兩者所得到的數據結果是互補的。

通常,一個樣品被一束激光照射,照射光點被透鏡所聚焦且通過分光儀分光。波長靠近激光的波長時為彈性瑞利散射。

自發性的拉曼散射是非常微弱的,并且很難去分開強度相對于拉曼散射高的瑞利散射,使得得到的結果是光譜微弱,導致測定困難。歷史上,拉曼分光儀利用多個光柵去達到高度的分光,去除激光,而可得到能量的微小差異。過去,光電倍增管被選擇為拉曼散射訊號的偵測計,其需要很久的時間才能得到結果。而現今的技術,帶阻濾波器 (notch filters) 可有效地去除激光且光譜儀或傅里葉變換光譜儀和電荷耦合元件 (CCD) 偵測計的進步,在科學研究中,利用拉曼光譜研究材料特性越來越廣泛。
有很多種的拉曼光譜分析,例如表面增強拉曼效應、針尖增強拉曼效應、偏極拉曼光譜等。
拉曼光譜學的應用
拉曼光譜學在化學領域廣泛被運用,是因為化學鍵以及對稱分子都其特殊振動的光譜信息,因此提供作為分子鑒別時的重要特征。例如,SiO, Si2O2, 和Si3O3的振動頻率是可被鑒別出來的,并列為紅外線光譜學以及拉曼光譜學配位分析的基礎。有機分子的特殊(波數)范圍在500-2000/厘米。另外一方面,光譜學配位分析技術也被運用到化學鍵結研究上,例如,在基質中加入酵素。
拉曼氣體檢測儀有許多實際的應用。例如,醫學上麻醉藥發揮效用的真正時間和手術中混合呼吸的氣體真正的時間。
自發性的拉曼光譜學在固態物理中常被運用,如原料特性、量測溫度和找尋樣品的crystallographic方位。例如,一組固態物質的特殊聲子模式提供實驗者能很快的辨識出單晶。另外,拉曼光譜學可以監測固態的低頻激發,例如等離子體、磁振子和超導氣體的激發。拉曼信號,提供聲子模式中,Stokes(低頻轉換)強度和 anti-Stokes(高頻)強度的比值的信息。
拉曼散射經由非等向性的晶體所產生,提供確定晶體方向性的信息。拉曼光線的極化依賴晶體及激光的極化,如果晶體結構(尤其是,晶體結構的點群)已經知道,就可以用來找到晶體的方向。
常見應用一覽
  • 工業氣體成分檢測
  • 晶體材料研究
  • 寶石學中的用于鑒定寶石成分及真偽
  • 在II-VI族,III-V族化合物半導體納米結構中的應用
  • 在碳材料學中的應用
  • 活體拉曼光譜學用于腫瘤組織診斷
  • 醫藥領域中的應用
  • 低頻拉曼光譜和生物分子動力學
  • 拉曼和表面增強拉曼在刑偵學中的應用
  • 在有機纖維和薄膜中的應用
  • 在催化劑方面的應用
  • 拉曼光譜和紅外吸收在中世紀顏料(古畫鑒定)方面的應用
  • 拉曼光譜用于離子-離子反應監測
  • 在水生系統環境應用中的作用


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