拉曼光谱及其典型应用举例

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拉曼光谱及其典型应用举例
? ?? ?? ?? ???顶尖科仪（中国）股份有限公司技术支持部
) w: s6 P/ G0 A" e0 ^* y? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?发布日期：2011-10-11

% A8 Q8 C5 I0 _9 d 拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
拉曼光谱可提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。此外还具有以下特点：
% o  m6 m0 R* h( p2 h6 A1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。 　　
1 @* B0 J' _4 R( ^+ t, x2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器。 　　
+ x/ w" H  v7 p9 ~: p! n9 f3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。 　　
4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。 　　
/ N: j1 C9 ]! R* U% K% z* ?& o5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。
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$ e  ^. J' |! c$ G. F# g3 `应用1. 拉曼光谱在考古研究中的应用
" `2 N$ E" j% h3 u考古学家采用便携式拉曼系统对岩石与墓穴中的古代壁画进行检测，分析其
颜料的化学成分。由于拉曼光谱的无损性，不用担心珍贵的历史遗迹遭到破坏。另外，许多墓穴或棺椁旁都有陪葬品，使用拉曼光谱仪对其中的一些陶瓷进行探测，能获得其釉质、结构等重要信息，有助确定墓穴的年代。
尽管目前拉曼技术还难以适用于大部分纯金属和合金的检测，但对金属艺术
5 R# x. C7 k, y: I0 w2 P品上的腐蚀层、铜绿层能做出较好的鉴定。通过此类鉴定，考古学家能推测出艺术品曾经所处的环境变化，埋藏条件以及历史年代等重要信息。如今，曾用来制作纺织品、编织品的各种植物纤维的拉曼图谱目录也已编辑完成，而各种生物的皮毛、牙齿、骨骼等拉曼图谱也正被陆续收录，以帮助考古学家从此类遗迹中寻找历史的线索。

& m& ?' c5 I5 C5 h应用2. 拉曼光谱在药品与危险品鉴定中的应用
) h; {8 P) V. q: X, @* L4 V波士顿大学化学系与光学中心(Department of Chemistry and Photonics Center, Boston University)的R.H. Clarke，S. Londhe等人将海洋光学的PeakSeaker拉曼系统运用于药品和违禁品的现场检测并取得了成功。PeakSeaker采用785nm半导体激光器光源， USB2000+作为探测器。USB2000+使用的是2048像素的非制冷型线阵CCD，测 量 范 围0- 2700cm-1，内部采用1200线光栅及50微米的狭缝，分辨率约为30cm-1。
使用该系统分别对琥珀色药瓶中的二氢可待因酮、塑料瓶中的阿司匹林以及糖衣胶囊中的布洛芬进行探测，结果如图1所示，同种药品的两条谱线几乎重叠。由此可见，即便在分辨率只有30cm-1的情况下，拉曼系统仍能轻松鉴别药品的成分，且无需取样制备，非常便捷。
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图1??氢可待因酮、塑料瓶中的阿司匹林以及糖衣胶囊中的布洛芬

图2??PeakSeaker拉曼系统对TNT,C4以及RDX的检测结果

见图1、图2， PeakSeaker根据被测物各自的环状基团(ring modes)与硝酸
$ A; [/ l# I  r' C7 f4 Z基团(nitrate group)的振动进行鉴别。图中不难发现，被测物的特征峰非常明显，容易鉴别。另外，由于混合炸药C4的图谱与RDX的图谱接近，表明两者的本质实际上是相同的。此文指出海洋光学推出的PeakSeaker拉曼检测系统能够准确鉴别物质，且其体积小，重量轻，可进行现场检测的优势是大型单色仪望尘莫及的。
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! _5 S1 T+ C. z7 B& C1 B( z  ~推荐测试仪器和方案：
" a1 t9 \, [( ^, d? ? 拉曼光谱测量系统 http://www.psci.cn/Detail.asp?ProID=347
; }  ~' |" D' J& e7 Q* b? ? 拉曼测量系统 http://www.psci.cn/Plan_Detail.asp?ID=59
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参考文献：
4 s6 ^) g. ], q0 MR. H. Clarke, Etc.??Low-Resolution Raman Spectroscopy:Instrumentation and Applications in Chemical Analysis [J] Raman Spectrosc. 30, 827-832(1999)
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