什么是拉曼光譜?
拉曼光譜屬于振動光譜的范疇。這意味著它通過化學方法分析樣品，利用光來創(chuàng)造(激發(fā))分子振動，然后解釋這種相互作用。
它是基于當物質(zhì)被光照射時發(fā)生的光的非彈性散射。由于波長的變化與照射光的波長相比非常小，所以使用單色光光源時最容易觀察到波長的變化。
在這種(單色光)與樣品發(fā)生相互作用后，其中非常小的一部分改變了波長。這就是所謂的變化，拉曼效應。我們現(xiàn)在可以收集光，并利用它來獲取樣本的信息。
拉曼效應
為了更好地理解，重要的是要知道，當光子(光)“撞擊”物質(zhì)時，大部分散射光在其波長上保持不變。
例如，如果你用綠色激光筆指著一堵墻，你總會看到一個綠色的點。散射光的顏色明顯相同，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。
然而，也可以發(fā)生非彈性散射過程，然后導致發(fā)射不同波長的光。這通常與分子振動有關。這種散射現(xiàn)象被稱為拉曼效應，由阿道夫·斯邁卡爾在1923年預測，C.V.拉曼在1930年發(fā)現(xiàn)。
利用光譜中的拉曼效應
發(fā)現(xiàn)和理解拉曼效應為一種新的光譜學打開了大門。然而，由于單色光的使用發(fā)揮了重要作用，直到激光的發(fā)現(xiàn)，拉曼光譜學才真正起飛。因此，用激光照射樣品，用光譜儀(色散或FT技術)分析一些散射光。最后，我們得到了一個拉曼光譜，顯示了我們所研究的材料的特征信號或“波段”。
拉曼光譜儀是如何工作的?
令人驚訝的是，建造拉曼光譜儀其實很簡單!
為了獲得拉曼光譜，你只需要將激光聚焦到你想要研究的樣本上。然而，該樣品在用于激發(fā)的激光下不能顯示熒光。如果是這樣的話，熒光將覆蓋大部分的拉曼效應，因為相比之下它是如此微弱。
激光照射完樣品后，散射光通過一個濾光片(以去除激發(fā)激光發(fā)出的任何光)。然后將其定向到光柵上，光柵像棱鏡一樣根據(jù)波長分布非彈性部分。最后，這些光線被導向CCD傳感器，然后根據(jù)強度輸出光譜。
拉曼光譜是什么樣的?
這是二甲基硅氧烷樣品(藍色)的拉曼光譜，與光譜庫中的參考物比較。
在開頭我們提到拉曼光譜包含某些“波段”或信號。它們對于某些官能團是獨特的，通常對于物質(zhì)也是如此。它們不僅提供了有關物質(zhì)化學成分的信息，還提供了關于結(jié)晶度、多態(tài)性或壓力和溫度變化的信息。
拉曼光譜是材料研究、新藥物開發(fā)以及任何需要納米級化學微量分析的領域的有力工具，拉曼可以分析0.5 μ m (500 nm)以下的樣品。
關于拉曼顯微鏡
通常，用于拉曼光譜的激光在可見范圍內(nèi)，這意味著它可以自由地通過用于取樣玻片或顯微鏡鏡頭的玻璃。因此，將拉曼光譜儀集成到標準顯微鏡的光學系統(tǒng)中是相當可行的。
事實上，通常顯微鏡比經(jīng)典的臺式拉曼光譜儀更受青睞，因為它提供了“點和拍攝”的方法，不需要很多額外的樣品制備。樣品(如石墨烯纖維)置于物鏡下，用顯微鏡瞄準并直接分析。
簡單地說，拉曼顯微鏡是用于進行拉曼光譜的基于激光的顯微設備。
拉曼光譜是基于光與物質(zhì)化學鍵的相互作用。這產(chǎn)生了關于化學結(jié)構、多態(tài)性、結(jié)晶度和分子動力學的詳細信息。
拉曼光譜提供了什么信息?
拉曼光譜就像化學指紋，可以清晰地識別分子或材料。就像人類的指紋一樣，它可以與參考庫進行比對，從而非?？焖俚刈R別材料或?qū)⑵渑c其他材料區(qū)分開來。這樣的拉曼光譜庫通常包含數(shù)百個光譜，將樣品的光譜與這些光譜進行比較以確定分析物。
- 化學成分及性質(zhì)
- 結(jié)晶度和多態(tài)性
- 污染和缺陷
- 熱暴露和機械暴露
有樣品要求嗎?
拉曼是一種通用的表征技術，因此對無機和有機材料都適用。然而，由于它是基于相當弱的拉曼效應，其他光譜效應和某些材料特性可能會嚴重干擾。在樣品熒光的情況下，樣品不會產(chǎn)生很好的拉曼光譜。然而，轉(zhuǎn)換到近紅外(NIR)激光器和FT-Raman技術是一個可行的解決方案。另一個更重要的問題是強吸收(如黑色)樣品，例如填充碳的聚合物。
得到拉曼光譜需要多少時間?
拉曼測量所需的時間取決于幾個因素，如所需的光譜質(zhì)量、樣品性質(zhì)，當然還有所用的拉曼光譜儀。通常，在幾秒鐘內(nèi)就可以獲得高質(zhì)量的拉曼光譜。
拉曼光譜有哪些應用?
拉曼光譜可以用于需要非破壞性(顯微)化學分析和成像的所有領域。它提供定性和定量分析問題的答案。通常，拉曼光譜易于使用，能快速提供表征樣品化學組成和結(jié)構的關鍵信息?；旧?，樣品是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)都無關緊要。
以下是拉曼光譜的一些應用:
- 藥品
- 地質(zhì)學和礦物學
- 半導體
- 材料研究
- 醫(yī)療保健
