拉曼光譜的發(fā)展和應用
傳統的光柵分光的拉曼光譜儀，逐點(diǎn)掃描，單道記錄，為得到一張高質(zhì)量的譜圖必須經(jīng)多次累加，十分費時(shí)間，拉曼光譜儀所用的可見(jiàn)光范圍的激光，能量大大超過(guò)產(chǎn)生熒光的閩值，十分容易激發(fā)出熒光，使拉曼信號“淹沒(méi)”，以至無(wú)法測定。本節將著(zhù)重介紹針對以上兩個(gè)主要弊端，在拉曼光譜儀的研制中，近年推出兩種不同類(lèi)型的拉曼光譜儀??傅里葉變換近紅外激光拉曼光譜儀和共焦激光拉曼光譜儀。
㈠傅里葉變換近紅外激光拉曼光譜儀（NIR FT-Raman）
a ．儀器結構（NIR FT-Raman 光譜儀的光路如下圖所示）。
傅里葉拉曼光譜（FT-Raman ）儀的光路與FT-IR的光路相似，由激光光源、試樣室、邁克爾遜干涉儀、特殊濾光器、檢測器所組成，檢測到的信號經(jīng)放大器由計算機收集處理�，F將各主要部件分述如下。
�。╝）近紅外激光光源用一臺Nd：YAG（摻釹釔鋁石榴石紅寶石）激光器，產(chǎn)生波長(cháng)為1.064μm的近紅外激發(fā)線(xiàn)，它的能量低于熒光激發(fā)所需閾值，從而避免了熒光對拉曼光譜的干擾。
它的能量低于熒光激發(fā)所需闌值，從而避免了熒光對拉曼光譜的干擾。
不足之處是1.064μm 近紅外激發(fā)光比可見(jiàn)光波長(cháng)要長(cháng)約一倍，受拉曼散射截面隨激發(fā)線(xiàn)波長(cháng)呈1/λ4規律遞減的制約，它的散射截面比可見(jiàn)光514.5nm小了16倍，影響了儀器的信噪比，（這可以用增加掃描次數來(lái)彌補）。
�。╞）試樣室：激發(fā)光被試樣散射后，由中心帶小孔的拋物面會(huì )聚鏡收集，收集面為整個(gè)背散射的180°，以盡可能多地收集拉曼信號。分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計|
�。╟）邁克爾遜干涉儀這與傅里葉變換紅外使用的干涉儀一樣，只是將分束器改換成石英分束器，以便近紅外光透過(guò)，整個(gè)拉曼光譜范圍的散射光經(jīng)干涉儀，所得干涉圖經(jīng)計算機進(jìn)行快速傅里葉變換后，即可直接得到拉曼散射強度隨拉曼位移變化的拉曼光譜圖。一般的掃描速度，每秒可得到20 張譜圖，大大加快了分析速度，即使多次累加，以改善譜圖的信噪比，也比傳統的拉曼光譜儀快得多。
�。╠）特殊的濾光器濾去比拉曼散射強106～1010倍的瑞利散射，目前采用分級濾光的辦法，用1～3 個(gè)介電干涉濾光器組合而成。
�。╡）檢測器目前采用銦稼砷檢測器（室溫），信噪比高。也有采用液氮冷卻的鍺二極管檢測器，30min 約需IL 液氮，花費甚高。
FT-Raman 光譜儀的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)熒光干擾，掃描速度快，分辨率高。
b ．儀器性能以Perkin-Elmer 公司System 2000R 型NIR FT-Raman 光譜儀為例，對FT-拉曼光譜儀性能的主要指標作一簡(jiǎn)要介紹。
（a）system 2000R 光譜儀性能
a 光譜范圍
stokes : 3550～70cm-1
Anti-Stokes ：-150～2200cm-1
b 分辨率：通常采用1cm-1，由0.2～64cm-1可供選擇
c 波數精度：≤0.1cm-1，帶有校準功能
d 信噪比：≥1000 : 1 ( BaSO4，一次掃描）信號峰取987cm-1，噪聲范圍取2700～2500cm-1。
（b）光學(xué)系統的性能
a 激光器
�、� 空氣冷卻的二極管泵浦Nd : YAG 激光器
波長(cháng)：l064nm
功率：ZW (TEM00）
噪聲水平≤0.15%r.m.s.
壽命：連續工作超過(guò)15000h
�、� 水冷卻氫燈泵浦Nd : YAG 激光器
波長(cháng)：l064nm
功率：3W ( TEMO 。）
噪聲水平：≤0.15%r.m.s.
氪燈壽命：2000h
b 檢測器
室溫下工作的高靈敏度銦稼砷檢測器，或選用液氮冷卻的Ge檢測器（任選其中之一）
（c）數據系統
a 計算機 80486DX , 8M-32M byte RAM
b 驅動(dòng)器
兩種軟盤(pán)驅動(dòng)：1.44M byte3.5,〃軟盤(pán)和1.2M byte5.25〃軟盤(pán)
（d）特殊附件性能
a 高溫附件773K
b 低溫附件77K
c
拉曼光譜的應用
①有機化學(xué)上的應用
拉曼光譜在有機化學(xué)方面主要是用作結構鑒定的手段，拉曼位移大小、強度及拉曼峰形狀是確定化學(xué)鍵、官能團的重要依據。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為順?lè )词浇Y構判斷的依據。
②高聚物上的應用
拉曼光譜可以提供關(guān)于碳鏈或環(huán)的結構信息。在確定異構體（單體異構、位置異構、幾何異構和空間立體異構等）的研究中拉曼光譜可以發(fā)揮其獨特作用。電活性聚合物如聚吡咯、聚噻吩等的研究經(jīng)常利用拉曼光譜為工具，在高聚物的工業(yè)生產(chǎn)方面，如對受擠壓線(xiàn)性聚乙烯的形態(tài)、高強度纖維中緊束分子的觀(guān)測，以及聚乙烯磨損碎片結晶度的測量等研究中都采用了拉曼光譜。
③生物方面的應用
拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡(jiǎn)單，故拉曼光譜可以在接近自然狀態(tài)、活性狀態(tài)下來(lái)研究生物大分子的結構及其變化。拉曼光譜在蛋白質(zhì)二級結構的研究、DNA和致癌物分子間的作用、視紫紅質(zhì)在光循環(huán)中的結構變化、動(dòng)脈硬化、動(dòng)脈硬化損傷中的鈣化沉積和紅細胞膜的研究等，均有文獻報道。利FT-Raman消除生物大分子的熒光干擾等，有許多成功的示例。
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拉曼光譜在材料的研究方面，在相組成、界面、晶界等課題中可以做很多工作。
最近，對于拉曼光譜在金剛石和類(lèi)金剛石薄膜的研究工作中的應用，國內外學(xué)者的興趣有增無(wú)減。
拉曼光譜已成為CVD（化學(xué)氣相沉淀法）制備薄膜的檢測和鑒定手段。
另外，LB膜的拉曼光譜研究、二氧化硅薄膜氮化的拉曼光譜研究都以見(jiàn)報道。
盡管拉曼散射很弱，拉曼光譜通常不夠靈敏，但是利用共振或表面增強拉曼技術(shù)就可以大大加強拉曼光譜的靈敏度。表面增強拉曼光譜學(xué)（SERS）已成為拉曼光譜研究中活躍的一個(gè)領(lǐng)域。
業(yè)務(wù)：