什么是拉曼光谱(Raman spectroscopy)?

avatar 2019-08-0415:00:09 评论 89

什么是拉曼光谱(Raman spectroscopy)?

 

拉曼光谱,是一种分子光谱学,通过非弹性的散射光(通常称为拉曼散射)观测,以便检测和识别分子的震动(声子)状态。因此拉曼光谱提供了一种无价分析工具,该工具可以对分子进行识别,也可以对分子键结构的变化进行监控(比如物质组成、状态变化和应力应变、晶形和结晶度)。

 

拉曼光谱的特点

拉曼光谱相比于其他震动光谱方法比如FTIR(傅里叶变换红外光谱)和NIR(近红外光谱)有其独特的优势,这些优势的来源是拉曼效应表现在样品散射的光而不是样品吸收的光。因此拉曼光谱几乎不用花太多精力在样品制备上,并且拉曼光谱对水吸收带不敏感。拉曼光谱的这种性质使其不仅能直接测试固体、液体以及气体,而且能透过透明的玻璃、石英以及塑料等对物质进行测试。

 

拉曼光谱具有高度的选择性(或者说专一性),也是一种对FTIR进行补充的方法,这使得拉曼光谱可以识别出分子种类以及极为相似的化学物质,并且可监测到样品细微的变化。

 

拉曼光谱的工作方式

使用单色光的光源,通常使用可见光、近红外或者近紫外范围的内激光(虽然X光也是可以使用的)。激光会与分子振动、声子或者系统中其他激发相互作用,产生使激光光子向上或者向下移动的能量。能量的上升可以提供系统中振动模式的信息。红外光谱可以提供相似但互补的信心。

 

拉曼光谱的作用举例

拉曼光谱举例

拉曼光谱举例(图片来源于网络)

如图展示了一个样品中的5个分子,分别是丙酮、乙醇 、二甲亚矾、乙酸乙酯以及甲苯,途中标注了特定官能团的峰。虽然这些有机溶质具有相似的分子结构,但是拉曼光谱是差异很大的,没有专门学过的人也可以看出来。结合拉曼光谱数据库,人们可以很轻易地进行矿物的鉴别和确认。

 

拉曼光谱数据库

在地质学及相关专业中,使用拉曼最多的是流体包裹体研究,因此对于常见的物质,可以参考另一片关于流体包裹体常见物质拉曼谱峰特征的文章。当然,矿物学的研究还需要更多的数据,可以从拉曼光谱数据库中检索,十分齐全。

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