雷射拉曼光譜

雷射拉曼光譜

拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射後所產生的散射,散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關係的分析方法。 與紅外光譜類似,拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是,前者與分子振動時偶極矩變化相關,而拉曼效應則是分子極化率改變的結果,被測量的是非彈性的散射輻。

簡介

定義:拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射後所產生的散射,散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關係的分析方法。 與紅外光譜類似,拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是,前者與分子振動時偶極矩變化相關,而拉曼效應則是分子極化率改變的結果,被測量的是非彈性的散射輻。

原理

一定 波長的 電磁波作用於被研究物質的分子,引起分子相應 能級的躍遷,產生分子 吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜,其 波長位於紫外~可見光區,故稱紫外- 可見光譜。 電子能級躍遷的同時伴有 振動能級和 轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱 振動光譜,振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。 拉曼散射光譜是分子的振動- 轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時,只會引起分子中轉動能級的躍遷,得到純 轉動光譜。

優點

拉曼光譜的優點在於它的快速,準確,測量時通常不破壞樣品(固體,半固體,液體或氣體),樣品製備簡單甚至不需樣品製備。譜帶信號通常處在可見或近紅外光範圍,可以有效地和光纖聯用。這也意味著譜帶信號可以從包封在任何對雷射透明的介質,如玻璃,塑膠內,或將樣品溶於水中獲得。現代拉曼光譜儀使用簡單,分析速度快(幾秒到幾分鐘),性能可靠。因此,拉曼光譜與其他分析技術聯用比其他光譜聯用技術從某種意義上說更加簡便(可以使用單變數和多變數方法以及校準。

特殊拉曼光譜

除常規的拉曼光譜外,還有一些較為特殊的拉曼技術。它們是共振拉曼,表面增強拉曼光譜, 拉曼鏇光,相關-反斯托克拉曼光譜,拉曼增益或減失光譜以及超拉曼光譜等。其中,在藥物分析套用相對較多的是共振拉曼和表面增強拉曼光譜法。

共振拉曼光譜法

當雷射頻率接近或等於分子的電子躍遷頻率時,可引起強列的吸收或共振,導致分子的某些拉曼譜帶強度急劇增強數百萬倍,這就是共振拉曼效應。

表面增強拉曼光譜(SERS)

SERS現象主要由金屬表面基質受激而使局部電磁場增強所引起。效應的強弱取決於與光波長相對應的表面粗糙度大小,以及和波長相關的複雜的金屬電介質作用的程度。

定性定量測定

定性鑑別

拉曼光譜可提供任何分子中官能基團的結構信息。因此可用來鑑別試驗和結構解析。多晶現象可以參照紅外的處理。

定量測定

拉曼譜帶的強度與待測物濃度的關係遵守比爾定律: I V = KLCI 0 其中I V是給定波長處的峰強,K代表儀器和樣品的參數,L是光路長度,C是樣品中特定組分的摩爾濃度,I 0是雷射強度。實際工作中,光路長度被更準確的描述為樣品體積,這是一種描述雷射聚焦和採集光學的儀器變數。上述等式是拉曼定量套用的基礎。

影響因素

最主要的干擾因素是螢光、樣品的熱效應和基質或樣品自身的吸收。在拉曼光譜中,螢光干擾表現為一個典型的傾斜寬背景。因此,螢光對定量的影響主要為基線的偏離和信噪比下降,螢光的波長和強度取決於螢光物質的種類和濃度。與拉曼散射相比,螢光通常是一種量子效率更高的過程,甚至很少量不純物質的螢光也可以導致顯著的拉曼信號降低。使用更長的波長例如785nm或1064nm的激發光可使螢光顯著減弱。然而,拉曼信號的強度與λ-4成比例,λ是激發波長。通過平衡螢光干擾、信號強度和檢測器回響可獲得最佳信噪比。 測量前將樣品用雷射照射一定時間,固態物質的螢光也可得以減弱。這個過程被稱為光致漂白,是通過降解高吸收物質來實現的。光致漂白作用在液體中並不明顯,可能是由於液體樣品流動性,或螢光物質不是痕量。

樣品加熱會造成一系列的問題,例如物理狀態的改變(熔化),晶型的轉變或樣品的燒灼。這是有色的、具強吸收或低熱傳導的小顆粒物質常出現的問題。樣品加熱的影響通常是可觀察的,表現在一定時間內拉曼光譜或樣品的表觀變化。除了減少雷射通量,有許多種方法可用來降低熱效應,例如在測量過程中移動樣品或雷射,或者通過熱接觸或液體浸入來改善樣品的熱傳導。 基質或樣品本身也可吸收拉曼信號。在長波傅立葉變換拉曼系統中,拉曼信號可以與近紅外的泛頻吸收重疊。這種影響與系統的光學以及樣品的形態有關。裝填和顆粒大小的差異而引起的固體散射的可變性與這種效應有關。然而,由於在拉曼光譜中樣品的有限穿透深度和相對狹窄的波長範圍,所有這些效應的大小都沒有近紅外光譜嚴重。

定量拉曼光譜與許多其它的光譜技術不同,它是單光束零背景測量。謹慎地進行樣品測定以及使用設計合理的儀器可以使這種變異減到最小,但是並不能全部消除。所以,絕對的拉曼信號強度很難直接用於待測物的定量。變異的潛在來源是樣品的不透明性和樣品的不均勻性、照射樣品的雷射功率的變化以及光學幾何學或樣品位置的變化。這些影響可以通過能重複的或有代表性的樣品處置方式予以減小。

由於拉曼信號絕對強度的波動,使用內標是最普通和有效的減少可變性的方法。內標方法有幾種變通選擇。可以有目的地加入一種內標,該內標應具有與待測物互不干擾的獨特譜帶以便檢測。在溶液中,也可利用溶劑的獨特譜帶,因為溶劑隨樣品不同將相對保持不變。另外,在製劑中,如果賦形劑量大大超過待測組分,則可以使用該賦形劑的峰。在假設雷射和樣品定位的改變將會同等地影響全光譜的前提下,全光譜同樣可以用作參比。

樣品測定中需考慮的重要因素還有光譜的污染。拉曼是一種可以被許多外源影響掩蔽的弱效應。普通的污染源包括樣品支持物(容器或基質)和周圍光線。通常,這些問題可以通過細緻的實驗方法來識別和解

化學通用分析儀器

化學通用分析儀器主要用於中間體、染料、醫藥、生化、環保、石油化工、食品、農藥等各類在紫外-可見光區有一定吸收的精細化工產品的分離分析。
同位素質譜儀
氣體線上質譜儀
感官智慧型分析
動態熱機械分析
形態分析儀
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雷射共聚焦
GC餾分收集器
X射線探測裝置
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氧氮氫測定儀
氧氫測定儀
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