科研知識(shí)-拉曼光譜（Raman）全面了解

拉曼光譜是什么？從拉曼光譜中我們可以獲取什么信息？

拉曼光譜(Raman spectra) ，是一種散射光譜，也是一種振動(dòng)光譜技術(shù)。光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射，彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分，非彈性的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分，統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)。對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。拉曼光譜不是觀察光的吸收，而是觀察光的非彈性散射。

定性的信息：物質(zhì)鑒定、結(jié)構(gòu)、晶型、結(jié)晶度

定量的信息：可以通過(guò)光譜矯正，得到應(yīng)力大小和濃度分布。

如：拉曼位移取決于分子振動(dòng)能級(jí)變化，不同的化學(xué)鍵或基態(tài)有不同的振動(dòng)方式，決定了其能級(jí)間的能量變化，因此與之對(duì)應(yīng)的拉曼位移是特征的；拉曼位移也與晶格振動(dòng)有關(guān)，可研究晶體材料的結(jié)構(gòu)特征。

拉曼光譜原理是什么？瑞利散射：當(dāng)用一定頻率的激發(fā)光照射分子時(shí)，一部分散射光的頻率和入射光的頻率相等。這種散射是分子對(duì)光子的一種彈性散射。只有分子和光子間的碰撞為彈性碰撞，沒有能量交換時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)的散射。拉曼散射：則是另一部分散射光的頻率和激發(fā)光的頻率不等的光子發(fā)生的散射。Raman散射的幾率極小，最強(qiáng)的Raman散射也僅占整個(gè)散射光的千分之幾，而最弱的甚至小于萬(wàn)分之一。

設(shè)散射物分子原來(lái)處于基態(tài)。當(dāng)受到入射光照射時(shí)，激發(fā)光與此分子作用引起極化可以看做是虛的吸收，表述為電子躍遷到虛態(tài)，虛能級(jí)上的電子則立即躍遷到下能級(jí)而發(fā)光，即為散射光。躍遷后分子回到原來(lái)所處的基態(tài)，則為瑞利散射；分子躍遷后不能回到原來(lái)所處的基態(tài)，而落到另一較高能級(jí)并發(fā)射光子，這個(gè)發(fā)射的新光子的能量小于入射光子能量，而發(fā)射光子和新光子頻率差△v就是拉曼光譜譜線。由于拉曼位移△v只取決于散射分子的結(jié)構(gòu)，而與入射光頻率無(wú)關(guān)，所以拉曼光譜可以作為分子振動(dòng)能級(jí)的指紋光譜。

拉曼光譜與紅外光譜方法有什么異同點(diǎn)？

各有優(yōu)勢(shì)，表征互補(bǔ)

拉曼光譜有什么結(jié)構(gòu)信息歸納？

1）同種分子的非極性鍵S-S,C=C,N=N,C≡C產(chǎn)生強(qiáng)拉曼譜帶，隨單鍵→雙鍵→三鍵譜帶強(qiáng)度增加。

2）紅外光譜中，C≡S，C≡N,S-H伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶一般比較弱，而在拉曼中試強(qiáng)譜帶。

3）環(huán)狀化合物的對(duì)稱呼吸振動(dòng)常常是最強(qiáng)的拉曼譜帶。

4）在拉曼光譜中，X=Y=Z,C=N=C,C=C=O,這類鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)是強(qiáng)譜帶，反對(duì)稱伸縮是弱譜帶，紅外光譜中則相反。

5）C-C伸縮振動(dòng)在拉曼光譜中是強(qiáng)譜帶。

6）醇和烷烴的拉曼光譜是相似的。C-O鍵與C-C鍵的力常數(shù)或鍵的強(qiáng)度沒有很大差別；羥基和甲基的質(zhì)量?jī)H差兩個(gè)單位；與C-H和N-H譜帶相比，O-H拉曼譜帶較弱。

拉曼光譜有什么優(yōu)勢(shì)？

提供快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)、且更重要的是無(wú)損傷的定性定量分析，它無(wú)需樣品準(zhǔn)備，樣品可直接通過(guò)光纖探頭或者通過(guò)玻璃、石英、和光纖測(cè)量。此外：

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(xué)化合物的理想工具。

2 拉曼一次可以同時(shí)覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對(duì)有機(jī)物及無(wú)機(jī)物進(jìn)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(cè)器。

3 拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫(kù)搜索、以及運(yùn)用差異分析進(jìn)行定性研究。在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中，獨(dú)立的拉曼區(qū)間的強(qiáng)度可以和功能集團(tuán)的數(shù)量相關(guān)。

4 因?yàn)榧す馐闹睆皆谒木劢共课煌ǔＶ挥?.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(duì)常規(guī)紅外光譜一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進(jìn)一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。

5 共振拉曼效應(yīng)可以用來(lái)有選擇性地增強(qiáng)大生物分子特個(gè)發(fā)色基團(tuán)的振動(dòng)，這些發(fā)色基團(tuán)的拉曼光強(qiáng)能被選擇性地增強(qiáng)1000到10000倍。

拉曼光譜應(yīng)用案例石墨烯的拉曼光譜

不同碳材料的拉曼光譜

晶化率---非晶硅、多晶硅

拉曼光譜的一些概念

1）光譜分辨率

光譜分辨率越高，光譜數(shù)據(jù)點(diǎn)越多，光譜半寬更窄，峰位也越準(zhǔn)確。

影響儀器分辨率的主要因素是儀器的焦長(zhǎng)、光柵2）靈敏度

靈敏度越高，峰強(qiáng)越準(zhǔn)確。

3）共焦特性

可通過(guò)提高縱向分辨率，得到更好的橫向分辨率，有效減少熒光干擾。

4）激發(fā)波長(zhǎng)

不同的激發(fā)波長(zhǎng)可以分析不同層樣品的信息

拉曼特征譜帶及強(qiáng)度