分析·拉曼光譜應用淺談

　　01、拉曼光譜的發現和產生

　　 光和介質分子相互作用時會引起介質分子作受迫振動從而產生散射光，其中大部分散射光的頻率和入射光的頻率相同，這種散射被稱為瑞利散射，英國物理學家瑞利于1899年曾對其進行了詳細的研究。在散射光中，還有一部分散射光的頻率和入射光的頻率不同。印度科學家Raman在1928年在他的實驗室里用一個大透鏡將太陽光聚焦到一瓶苯的溶液中，經過濾光的太陽光呈現藍色，但是當光束再次進入溶液后，除了入射的藍光之外，拉曼還觀察到了很微弱的綠光，拉曼認為這是光與溶劑分子相互作用產生的一種新頻率的光譜線，即為拉曼光譜，因此拉曼于1930年榮獲諾貝爾物理學獎。

　　拉曼光譜是用于研究物質內分子振動和轉動的光譜技術，是物質的指紋性信息，因此拉曼可以作為認證物質和分析物質成分的一種有力工具。而且拉曼峰的頻率對物質結構的微小變化非常敏感，所以也常通過對拉曼峰的微小變化的觀察，來研究在某些特定條件下所引起的物質結構的變化，從而間接推出材料不同部分微觀上的環境因素的信息。

　　02、拉曼光譜儀工作原理

　　 通常將拉曼光譜強度相對波長的函數圖成為拉曼光譜圖，拉曼光譜X軸的常用單位是相對激光波長偏移的波數稱為拉曼頻移。而每種物質、材質都有不同的拉曼頻移，且許多種物質、元素的拉曼頻移都會有相對準確的范圍，因此通過拉曼光譜的頻移確定物質的組成，峰位變化確定分子應力，峰寬確定質量，峰強度確定物質總量等信息。

　　03、拉曼光譜應用

　　 拉曼光譜技術具有很多優點：光譜的信息量大，譜圖易辨認，特征峰明顯；對樣品無接觸，無損傷；樣品無需制備；能夠快速分析、鑒別各種材料的特性與結構；激光拉曼光譜儀的顯微共焦功能可做微區微量以及分層材料的分析（1 μm左右光斑）；能適合黑色和含水樣品以及高低溫和高壓條件下測量。相對于紅外光譜分析具有一定了優勢：

　　激光拉曼光譜應用十分廣泛，在化學方面應可應用于有機化學、無機化學、生物化學、石油化工、高分子化學、催化和環境科學、分子鑒定、分子結構等研究；在物理學方面可以應用于發展新型激光器、產生超短脈沖、分子瞬態壽命研究等，此外在相干時間、固體能譜方面也有及其廣泛的應用。

　　① 在有機化學、高分子聚合物方面

　　有些有機化合物基團，其特征峰在紅外光譜中非常弱，但在拉曼光譜中峰非常的強，比如-C=C-,-S-S-,-C=S-,-C-N-,-S=N-等基團，拉曼合適測定有機分子的骨架，因此可以與紅外光譜相結合，來表征有機化化合物的結構。

　　②在生物法分子方面

　　生物大分子的正常結構是維系生物體生命活動的關鍵，拉曼光譜量靈敏度高，可以在接近自然狀態的極稀濃度下反應其組成、構象和分子間的作用等。

　　③在材料方面

　　拉曼光譜具有靈敏度高、不破壞樣品等優點，拉曼頻移與物質的轉動和振動能級有關，不同的物質有著不同的振動和轉動能級，可以產生不同拉曼頻移。同時利用拉曼光譜的成像技術，可以進行結構分析、不同組分的分布分析、組分含量的定量和半定量分析等。

　　04、拉曼光譜應用案例

　　拉曼光譜在碳纖維內層和外層的結晶度的差值（RD）分析應用

　　 通過對50K碳纖維及東麗T700碳纖維樣品取平均結果得到的外表面和內部的拉曼譜圖，并且對其進行曲線分峰擬合處理，從左到右依次為D”線、D線、A線和G線，根據Patent US6221490B1中的計算方法，取A線和G線的面積比分別計算各纖維樣品的外表面和內部的結晶度及其差值。可以看到，纖維樣品外表面的結晶程度均優于內部。但東麗T700碳纖維內外微晶結構較為均勻。