激光拉曼光譜

激光拉曼光譜

分子光譜技
拉曼光譜是一種分子光譜技術,利用光與物質之間的相互作用深入了解材料的構成或特性,例如:FTIR。 拉曼光譜提供的信息源自于光散射過程,而紅外光譜則依靠的是光吸收。 拉曼光譜可提供關于分子内和分子間振動的信息, 并且可增強對反應的了解。 拉曼與FTIR光譜均可提供體現分子特定振動特點的光譜(“分子指紋”),對于識别物質很重要。 但是,拉曼光譜可提供關于體現晶格與分子主鍊結構的較低頻率模式與振動的更多信息。[1]
    中文名:激光拉曼光譜 外文名:laser Raman spectroscopy 别名: 學科:岩礦分析與鑒定 定義:化合物分子受光照射後所産生散射

簡介

定義:拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射後所産生的散射,散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關系的分析方法。 與紅外光譜類似,拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是,前者與分子振動時偶極矩變化相關,而拉曼效應則是分子極化率改變的結果,被測量的是非彈性的散射輻。

原理

一定 波長的 電磁波作用于被研究物質的分子,引起分子相應 能級的躍遷,産生分子 吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜,其 波長位于紫外~可見光區,故稱紫外- 可見光譜。 電子能級躍遷的同時伴有 振動能級和 轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱 振動光譜,振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。 拉曼散射光譜是分子的振動- 轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時,隻會引起分子中轉動能級的躍遷,得到純 轉動光譜。

優點

拉曼光譜的優點在于它的快速,準确,測量時通常不破壞樣品(固體,半固體,液體或氣體),樣品制備簡單甚至不需樣品制備。譜帶信号通常處在可見或近紅外光範圍,可以有效地和光纖聯用。這也意味着譜帶信号可以從包封在任何對激光透明的介質,如玻璃,塑料内,或将樣品溶于水中獲得。現代拉曼光譜儀使用簡單,分析速度快(幾秒到幾分鐘),性能可靠。因此,拉曼光譜與其他分析技術聯用比其他光譜聯用技術從某種意義上說更加簡便(可以使用單變量和多變量方法以及校準。

特殊拉曼光譜

除常規的拉曼光譜外,還有一些較為特殊的拉曼技術。它們是共振拉曼,表面增強拉曼光譜, 拉曼旋光,相關-反斯托克拉曼光譜,拉曼增益或減失光譜以及超拉曼光譜等。其中,在藥物分析應用相對較多的是共振拉曼和表面增強拉曼光譜法。

共振拉曼光譜法

當激光頻率接近或等于分子的電子躍遷頻率時,可引起強列的吸收或共振,導緻分子的某些拉曼譜帶強度急劇增強數百萬倍,這就是共振拉曼效應。

表面增強拉曼光譜(SERS)

SERS現象主要由金屬表面基質受激而使局部電磁場增強所引起。效應的強弱取決于與光波長相對應的表面粗糙度大小,以及和波長相關的複雜的金屬電介質作用的程度。

定性定量測定

定性鑒别

拉曼光譜可提供任何分子中官能基團的結構信息。因此可用來鑒别試驗和結構解析。多晶現象可以參照紅外的處理。

定量測定

拉曼譜帶的強度與待測物濃度的關系遵守比爾定律: I V = KLCI 0 其中I V是給定波長處的峰強,K代表儀器和樣品的參數,L是光路長度,C是樣品中特定組分的摩爾濃度,I 0是激光強度。實際工作中,光路長度被更準确的描述為樣品體積,這是一種描述激光聚焦和采集光學的儀器變量。上述等式是拉曼定量應用的基礎。

影響因素

最主要的幹擾因素是熒光、樣品的熱效應和基質或樣品自身的吸收。在拉曼光譜中,熒光幹擾表現為一個典型的傾斜寬背景。因此,熒光對定量的影響主要為基線的偏離和信噪比下降,熒光的波長和強度取決于熒光物質的種類和濃度。與拉曼散射相比,熒光通常是一種量子效率更高的過程,甚至很少量不純物質的熒光也可以導緻顯着的拉曼信号降低。使用更長的波長例如785nm或1064nm的激發光可使熒光顯着減弱。然而,拉曼信号的強度與λ-4成比例,λ是激發波長。通過平衡熒光幹擾、信号強度和檢測器響應可獲得最佳信噪比。 測量前将樣品用激光照射一定時間,固态物質的熒光也可得以減弱。這個過程被稱為光緻漂白,是通過降解高吸收物質來實現的。光緻漂白作用在液體中并不明顯,可能是由于液體樣品流動性,或熒光物質不是痕量。

樣品加熱會造成一系列的問題,例如物理狀态的改變(熔化),晶型的轉變或樣品的燒灼。這是有色的、具強吸收或低熱傳導的小顆粒物質常出現的問題。樣品加熱的影響通常是可觀察的,表現在一定時間内拉曼光譜或樣品的表觀變化。除了減少激光通量,有許多種方法可用來降低熱效應,例如在測量過程中移動樣品或激光,或者通過熱接觸或液體浸入來改善樣品的熱傳導。 基質或樣品本身也可吸收拉曼信号。在長波傅裡葉變換拉曼系統中,拉曼信号可以與近紅外的泛頻吸收重疊。這種影響與系統的光學以及樣品的形态有關。裝填和顆粒大小的差異而引起的固體散射的可變性與這種效應有關。然而,由于在拉曼光譜中樣品的有限穿透深度和相對狹窄的波長範圍,所有這些效應的大小都沒有近紅外光譜嚴重。

定量拉曼光譜與許多其它的光譜技術不同,它是單光束零背景測量。謹慎地進行樣品測定以及使用設計合理的儀器可以使這種變異減到最小,但是并不能全部消除。所以,絕對的拉曼信号強度很難直接用于待測物的定量。變異的潛在來源是樣品的不透明性和樣品的不均勻性、照射樣品的激光功率的變化以及光學幾何學或樣品位置的變化。這些影響可以通過能重複的或有代表性的樣品處置方式予以減小。

由于拉曼信号絕對強度的波動,使用内标是最普通和有效的減少可變性的方法。内标方法有幾種變通選擇。可以有目的地加入一種内标,該内标應具有與待測物互不幹擾的獨特譜帶以便檢測。在溶液中,也可利用溶劑的獨特譜帶,因為溶劑随樣品不同将相對保持不變。另外,在制劑中,如果賦形劑量大大超過待測組分,則可以使用該賦形劑的峰。在假設激光和樣品定位的改變将會同等地影響全光譜的前提下,全光譜同樣可以用作參比。

樣品測定中需考慮的重要因素還有光譜的污染。拉曼是一種可以被許多外源影響掩蔽的弱效應。普通的污染源包括樣品支持物(容器或基質)和周圍光線。通常,這些問題可以通過細緻的實驗方法來識别和解

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