劉順彭

摘 要 本文簡(jiǎn)述了拉曼光譜產(chǎn)生的基本原理及其發(fā)展，從礦床學(xué)、無(wú)機(jī)物等方面討論了拉曼光譜在不同研究領(lǐng)域的應(yīng)用，簡(jiǎn)要介紹了表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)、高溫拉曼光譜技術(shù)、共振拉曼光譜技術(shù)、共焦顯微拉曼光譜技術(shù)等。關(guān)鍵詞 拉曼光譜；原理；應(yīng)用

中圖分類號(hào) O6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）07-0001-01

1 拉曼光譜的發(fā)展

1928年，一個(gè)叫C.V.Raman的印度物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)一種散射光譜，并稱之為拉曼光譜。剛發(fā)現(xiàn)該光譜的時(shí)候它的聚焦必須要用日光來(lái)當(dāng)光源，后來(lái)人們慢慢發(fā)現(xiàn)汞弧燈的聚集性更好更方便，就用汞孤燈替代了日光。但是汞弧燈存在強(qiáng)度不太高、單色性差等缺點(diǎn)，這在一定程度上阻礙了拉曼光譜的發(fā)展。到60年代后，微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)得到改善，計(jì)算機(jī)應(yīng)用普及，又引入激光光源，這些都給拉曼光譜的發(fā)展帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)機(jī)。再后來(lái)，激光拉曼探針的出現(xiàn)使拉曼光譜技術(shù)出現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

2 拉曼光譜的特點(diǎn)

分子的簡(jiǎn)正振動(dòng)過(guò)程中極化率的變化的大小不能決定紅外光譜中的譜線強(qiáng)度，但是能決定拉曼光譜的譜線強(qiáng)度，這也就使得通過(guò)拉曼光譜可以檢測(cè)紅外光譜儀中無(wú)法檢測(cè)出來(lái)的信息。拉曼效應(yīng)是所有分子的共性，且其存在的形態(tài)不影響這一效應(yīng)，這也說(shuō)明拉曼效應(yīng)具有普遍性。用拉曼散射光譜檢測(cè)樣品時(shí)，樣品不需要特殊制備，樣品數(shù)量的多少也無(wú)所謂，在探測(cè)樣品時(shí)拉曼散射采用光子探針，這種探針不會(huì)損傷樣品，可保全樣品的完整性。

3 拉曼光譜在不同研究領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 在無(wú)機(jī)材料中的應(yīng)用

在研究低維納米材料的眾多方法中，拉曼光譜法儼然成為了首選。在納米材料中，包括組成成分、鍵合類型、制備納米材料的方法以及制作工程中必要的熱處理環(huán)節(jié)，都能影響納晶界結(jié)構(gòu)本身又比較復(fù)雜，這就使得納米材料的研究難以進(jìn)行，而拉曼光譜法恰恰可以解決這一問(wèn)題，納米材料的結(jié)構(gòu)信息可以通過(guò)拉曼頻率表現(xiàn)出來(lái)。所以不管是從納米材料的分子結(jié)構(gòu)去分析，還是從鍵態(tài)特征角度去看，又或者是進(jìn)行其定性鑒定，都能利用拉曼光譜獲得重要信息資料。

3.2 在礦床學(xué)中的應(yīng)用

拉曼光譜法可應(yīng)用在礦床學(xué)中，對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)或有機(jī)碳質(zhì)物進(jìn)行研究。沉積有機(jī)質(zhì)會(huì)發(fā)生熱蝕變現(xiàn)象，拉曼光譜對(duì)這種變化異常敏感，所以有機(jī)質(zhì)的拉曼光譜會(huì)隨著演化階段而發(fā)生系統(tǒng)性的變化。根據(jù)這一特性，研究沉積有機(jī)質(zhì)時(shí)，就可以依靠有機(jī)質(zhì)的拉曼譜圖建立拉曼譜參數(shù)回歸方程，再利用方程計(jì)算源巖的埋藏歷史、沉積環(huán)境，然后綜合分析判定其具有的油、氣潛力。拉曼光譜在一定程度上促進(jìn)了礦床學(xué)的研究。

4 拉曼光譜技術(shù)

4.1 表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)

在一些特殊的金屬良導(dǎo)體表面或溶膠的制備過(guò)程中，表面增強(qiáng)拉曼散射的吸附分子的拉曼散射信號(hào)遠(yuǎn)大于普通拉曼散射信號(hào)。拉曼光譜最顯著的缺點(diǎn)是靈敏度很低，而表面增強(qiáng)拉技術(shù)恰好克服了這一缺點(diǎn)，并且能夠獲得常規(guī)拉曼光譜不易獲得的結(jié)構(gòu)信息。這也就是表面研究、吸附界面表面狀研態(tài)究等都運(yùn)用表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的原因。

4.2 高溫拉曼光譜技術(shù)

運(yùn)用高溫激光拉曼技術(shù)時(shí)，拉曼光譜的譜峰頻率、位移、峰高、峰寬、峰面積及其包絡(luò)線的量化解析都會(huì)發(fā)生變化。因此，工業(yè)冶金、制作玻璃、研究地質(zhì)化學(xué)、探究晶體的生長(zhǎng)等涉及固體的高溫相變過(guò)程，熔體的鍵合結(jié)構(gòu)的研究領(lǐng)域，通常都會(huì)使用高溫拉曼光譜技術(shù)。

4.3 共振拉曼光譜技術(shù)

要想提高分子的某個(gè)或幾個(gè)特征拉曼譜帶強(qiáng)度，并使其達(dá)到正常拉曼譜帶的104～106倍，就必須用到共振拉曼光譜技術(shù)。共振拉曼光譜不僅彌補(bǔ)了拉曼光譜靈敏低這一缺點(diǎn)，同時(shí)它還具有一個(gè)非常大的特點(diǎn)，就是只要共振拉曼光譜產(chǎn)生的激光頻率與待測(cè)分子的電子吸收峰接近或重合時(shí)，就可以觀察到泛音及組合振動(dòng)光譜，這在常規(guī)的拉曼光譜中是極難見(jiàn)到的。共振拉曼光譜的高靈敏性，用于低濃度檢測(cè)再好不過(guò)，甚至可以不加任何處理就得到人體體液的光譜圖。若要其靈敏度可以達(dá)到單分子檢測(cè)，只需將共振拉曼光譜技術(shù)與表面增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合。

4.4 共焦顯微拉曼光譜技術(shù)

要想提高分子強(qiáng)度，就必須用到共振拉曼光譜技術(shù)。共振拉曼光譜不僅彌補(bǔ)了拉曼光譜靈敏低這一缺點(diǎn)，同時(shí)它還具有一個(gè)非常大的特點(diǎn)，就是只要共振拉曼光譜產(chǎn)生的激光頻率與待測(cè)分子的電子吸收峰接近或重合時(shí)，就可以觀察到泛音及組合振動(dòng)光譜，這在常規(guī)的拉曼光譜中是極難見(jiàn)到的。共振拉曼光譜的高靈敏性，用于低濃度檢測(cè)再好不過(guò)，甚至可以不加任何處理就得到人體體液的光譜圖。若要其靈敏度可以達(dá)到單分子檢測(cè)，只需將共振拉曼光譜技術(shù)與表面增強(qiáng)技術(shù)相結(jié)合。

4.5 傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)

從20世紀(jì)90開(kāi)始，傅立葉變換拉曼光譜逐漸發(fā)展起來(lái)。在1987年，第一臺(tái)近紅外激發(fā)傅立葉變換拉曼光譜（N IR FT-R）儀面向世界，由Perkin Elmer公司推出了。為了減弱熒光背景，照射樣品采用的是1 064mm的近紅外激光。此后，化學(xué)、生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)樣品的非破壞性結(jié)構(gòu)分析研究中都有用到傅立葉變換拉曼光譜技術(shù)。

4.6 拉曼光譜與其他儀器聯(lián)用技術(shù)

拉曼光譜與其他儀器的聯(lián)用與其單獨(dú)使用相比，可以獲得更多的有用信息，且信息的可靠度也得到大大提高。正是如此，拉曼光譜儀和這些不同儀器的聯(lián)用得到了全球各地的研究單位的密切關(guān)注，并且開(kāi)始著手研究。

5 結(jié)論

通過(guò)以上理論分析，我們可以總結(jié)出來(lái)這樣一個(gè)結(jié)論：拉曼光譜技術(shù)是所有化學(xué)、物理技術(shù)中最為卓越的，而拉曼光譜儀的發(fā)展對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的研究都有著非凡的意義。

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