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什么是拉曼光谱学?拉曼光谱有哪些应用?

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拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光技术。拉曼散射为一非弹性散射,通常用来做激发的激光范围为可见光、近红外光或者在近紫外光范围附近。激光与系统声子做相互作用,导致最后光子能量增加或减少,而由这些能量的变化可得知声子模式。这和红外光吸收光谱的基本原理相似,但两者所得到的数据结果是互补的。

通常,一个样品被一束激光照射,照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。波长靠近激光的波长时为弹性瑞利散射。

自发性的拉曼散射是非常微弱的,并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射,使得得到的结果是光谱微弱,导致测定困难。历史上,拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光,去除激光,而可得到能量的微小差异。过去,光电倍增管被选择为拉曼散射讯号的侦测计,其需要很久的时间才能得到结果。而现今的技术,带阻滤波器 (notch filters) 可有效地去除激光且光谱仪或傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件 (CCD) 侦测计的进步,在科学研究中,利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。
 
有很多种的拉曼光谱分析,例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱等。
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱学的应用
 
拉曼光谱学在化学领域广泛被运用,是因为化学键以及对称分子都其特殊振动的光谱信息,因此提供作为分子鉴别时的重要特征。例如,SiO, Si2O2, 和Si3O3的振动频率是可被鉴别出来的,并列为红外线光谱学以及拉曼光谱学配位分析的基础。有机分子的特殊(波数)范围在500-2000/厘米。另外一方面,光谱学配位分析技术也被运用到化学键结研究上,例如,在基质中加入酵素。
 
拉曼气体检测仪有许多实际的应用。例如,医学上麻醉药发挥效用的真正时间和手术中混合呼吸的气体真正的时间。
 
自发性的拉曼光谱学在固态物理中常被运用,如原料特性、量测温度和找寻样品的crystallographic方位。例如,一组固态物质的特殊声子模式提供实验者能很快的辨识出单晶。另外,拉曼光谱学可以监测固态的低频激发,例如等离子体、磁振子和超导气体的激发。拉曼信号,提供声子模式中,Stokes(低频转换)强度和 anti-Stokes(高频)强度的比值的信息。
 
拉曼散射经由非等向性的晶体所产生,提供确定晶体方向性的信息。拉曼光线的极化依赖晶体及激光的极化,如果晶体结构(尤其是,晶体结构的点群)已经知道,就可以用来找到晶体的方向。
 
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常见应用一览
  • 工业气体成分检测
  • 晶体材料研究
  • 宝石学中的用于鉴定宝石成分及真伪
  • 在II-VI族,III-V族化合物半导体纳米结构中的应用
  • 在碳材料学中的应用
  • 活体拉曼光谱学用于肿瘤组织诊断
  • 医药领域中的应用
  • 低频拉曼光谱和生物分子动力学
  • 拉曼和表面增强拉曼在刑侦学中的应用
  • 在有机纤维和薄膜中的应用
  • 在催化剂方面的应用
  • 拉曼光谱和红外吸收在中世纪颜料(古画鉴定)方面的应用
  • 拉曼光谱用于离子-离子反应监测
  • 在水生系统环境应用中的作用

 

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