拉曼光譜由于近幾年來(lái)以下幾項(xiàng)技術(shù)的集中發(fā)展而有了更廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)是：CCD檢測(cè)系統(tǒng)在近紅外區(qū)域的高靈敏性，體積小而功率大的二極管激光器，與激發(fā)激光及信號(hào)過(guò)濾整合的光纖探頭。這些產(chǎn)品連同高口徑短焦距的分光光度計(jì)，提供了低熒光本底而高質(zhì)量的拉曼光譜以及體積小、容易使用的拉曼光譜儀。

拉曼光譜的含義

光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射。彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長(zhǎng)相同的成分。非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長(zhǎng)長(zhǎng)的和短的成分， 統(tǒng)稱(chēng)為拉曼效應(yīng)。

當(dāng)用波長(zhǎng)比試樣粒徑小得多的單色光照射氣體、液體或透明試樣時(shí)，大部分的光會(huì)按原來(lái)的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開(kāi)來(lái)，產(chǎn)生散射光。在垂直方向觀察時(shí)，除了與原入射光有相同頻率的瑞利散射外，還有一系列對(duì)稱(chēng)分布著若干條很弱的與入射光頻率發(fā)生位移的拉曼譜線，這種現(xiàn)象稱(chēng)為拉曼效應(yīng)。由于拉曼譜線的數(shù)目，位移的大小，譜線的長(zhǎng)度直接與試樣分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。因此，與紅外吸收光譜類(lèi)似，對(duì)拉曼光譜的研究，也可以得到有關(guān)分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的信息。目前拉曼光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的鑒定，分子結(jié)構(gòu)的研究譜線特征。

拉曼散射光譜的特征

a.拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對(duì)同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，只和樣品的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)；

b. 在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱(chēng)地分布在瑞利散射線兩側(cè)， 這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。

c. 一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。

拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性

提供快速、簡(jiǎn)單、可重復(fù)、且更重要的是無(wú)損傷的定性定量分析，它無(wú)需樣品準(zhǔn)備，樣品可直接通過(guò)光纖探頭或者通過(guò)玻璃、石英、和光纖測(cè)量。此外：

1 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學(xué)化合物的理想工具。

2 拉曼一次可以同時(shí)覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對(duì)有機(jī)物及無(wú)機(jī)物進(jìn)行分析。相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測(cè)器。

3 拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫(kù)搜索、以及運(yùn)用差異分析進(jìn)行定性研究。在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中，獨(dú)立的拉曼區(qū)間的強(qiáng)度可以和功能集團(tuán)的數(shù)量相關(guān)。

4 因?yàn)榧す馐闹睆皆谒木劢共课煌ǔＶ挥?.2-2毫米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對(duì)常規(guī)紅外光譜一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進(jìn)一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。

5 共振拉曼效應(yīng)可以用來(lái)有選擇性地增強(qiáng)大生物分子特個(gè)發(fā)色基團(tuán)的振動(dòng)，這些發(fā)色基團(tuán)的拉曼光強(qiáng)能被選擇性地增強(qiáng)1000到10000倍。

拉曼光譜分析技術(shù)分類(lèi)

1、單道檢測(cè)的拉曼光譜分析技術(shù)

2、以CCD為代表的多通道探測(cè)器用于拉曼光譜的檢測(cè)儀的分析技術(shù)

3、采用傅立葉變換技術(shù)的FT-Raman光譜分析技術(shù)

4、共振拉曼光譜分析技術(shù)

5、表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)分析技術(shù)

與分子極化率的關(guān)系

1、拉曼頻移：散射光頻與激發(fā)光頻之差，取決于分子振動(dòng)能級(jí)的改變，所以它是特征的，與入射光的波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，適應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)的分析

2、拉曼光譜與分子極化率的關(guān)系分子在靜電場(chǎng)E中，極化感應(yīng)偶極矩P為靜電場(chǎng)E與極化率的乘積誘導(dǎo)偶極矩與外電場(chǎng)的強(qiáng)度之比為分子的極化率分子中兩原子距離最大時(shí)，極化率也最大拉曼散射強(qiáng)度與極化率成正比例應(yīng)用激光光源的拉曼光譜法應(yīng)用激光具有單色性好、方向性強(qiáng)、亮度高、相干性好等特性，與表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)相結(jié)合，便產(chǎn)生了表面增強(qiáng)拉曼光譜。其靈敏度比常規(guī)拉曼光譜可提高104~107倍，加之活性載體表面選擇吸附分子對(duì)熒光發(fā)射的抑制，使分析的信噪比大大提高。已應(yīng)用于生物、藥物及環(huán)境分析中痕量物質(zhì)的檢測(cè)。

共振拉曼光譜是建立在共振拉曼效應(yīng)基礎(chǔ)上的另一種激光拉曼光譜法。共振拉曼效應(yīng)產(chǎn)生于激發(fā)光頻率與待測(cè)分子的某個(gè)電子吸收峰接近或重合時(shí)，這一分子的某個(gè)或幾個(gè)特征拉曼譜帶強(qiáng)度可達(dá)到正常拉曼譜帶的104~106倍，有利于低濃度和微量樣品的檢測(cè)。已用于無(wú)機(jī)、有機(jī)、生物大分子、離子乃至活體組成的測(cè)定和研究。激光拉曼光譜與傅里葉變換紅外光譜相配合，已成為分子結(jié)構(gòu)研究的主要手段。

共振拉曼光譜的優(yōu)缺點(diǎn)

1、共振拉曼光譜的優(yōu)點(diǎn)：

（1）基頻的強(qiáng)度可以達(dá)到瑞利線的強(qiáng)度。

（2）泛頻和合頻的強(qiáng)度有時(shí)大于或等于基頻的強(qiáng)度。

（3）通過(guò)改變激發(fā)頻率，使之僅與樣品中某一物質(zhì)發(fā)生共振，從而選擇性的研究某一物質(zhì)。

（4）和普通拉曼相比，其散射時(shí)間短，一般為10-12~10-5S。

2、共振拉曼光譜的缺點(diǎn)：

需要連續(xù)可調(diào)的激光器，以滿足不同樣品在不同區(qū)域的吸收。

電化學(xué)原位拉曼光譜法電化學(xué)原位拉曼光譜法， 是利用物質(zhì)分子對(duì)入射光所產(chǎn)生的頻率發(fā)生較大變化的散射現(xiàn)象， 將單色入射光（包括圓偏振光和線偏振光）激發(fā)受電極電位調(diào)制的電極表面， 通過(guò)測(cè)定散射回來(lái)的拉曼光譜信號(hào)（頻率、強(qiáng)度和偏振性能的變化）與電極電位或電流強(qiáng)度等的變化關(guān)系。一般物質(zhì)分子的拉曼光譜很微弱， 為了獲得增強(qiáng)的信號(hào)， 可采用電極表面粗化的辦法， 可以得到強(qiáng)度高104-107倍的表面增強(qiáng)拉曼散射（SurfaceEnahanced Raman Scattering, SERS） 光譜， 當(dāng)具有共振拉曼效應(yīng)的分子吸附在粗化的電極表面時(shí)， 得到的是表面增強(qiáng)共振拉曼散射（SERRS）光譜， 其強(qiáng)度又能增強(qiáng)102-103。

電化學(xué)原位拉曼光譜法的測(cè)量裝置主要包括拉曼光譜儀和原位電化學(xué)拉曼池兩個(gè)部分。拉曼光譜儀由激光源、收集系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成， 光源一般采用能量集中、功率密度高的激光， 收集系統(tǒng)由透鏡組構(gòu)成， 分光系統(tǒng)采用光柵或陷波濾光片結(jié)合光柵以濾除瑞利散射和雜散光以及分光檢測(cè)系統(tǒng)采用光電倍增管檢測(cè)器、半導(dǎo)體陣檢測(cè)器或多通道的電荷藕合器件。原位電化學(xué)拉曼池一般具有工作電極、輔助電極和參比電極以及通氣裝置。為了避免腐蝕性溶液和氣體侵蝕儀器， 拉曼池必須配備光學(xué)窗口的密封體系。在實(shí)驗(yàn)條件允許的情況下， 為了盡量避免溶液信號(hào)的干擾， 應(yīng)采用薄層溶液（電極與窗口間距為0.1～1mm） , 這對(duì)于顯微拉曼系統(tǒng)很重要， 光學(xué)窗片或溶液層太厚會(huì)導(dǎo)致顯微系統(tǒng)的光路改變， 使表面拉曼信號(hào)的收集效率降低。電極表面粗化的最常用方法是電化學(xué)氧化- 還原循環(huán)（Oxidation-Reduction Cycle,ORC）法， 一般可進(jìn)行原位或非原位ORC處理。

目前采用電化學(xué)原位拉曼光譜法測(cè)定的研究進(jìn)展主要有：

1）通過(guò)表面增強(qiáng)處理把測(cè)檢體系拓寬到過(guò)渡金屬和半導(dǎo)體電極。雖然電化學(xué)原位拉曼光譜是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)較靈敏的方法， 但僅能有銀、銅、金三種電極在可見(jiàn)光區(qū)能給出較強(qiáng)的SERS。許多學(xué)者試圖在具有重要應(yīng)用背景的過(guò)渡金屬電極和半導(dǎo)體電極上實(shí)現(xiàn)表面增強(qiáng)拉曼散射。

2）通過(guò)分析研究電極表面吸附物種的結(jié)構(gòu)、取向及對(duì)象的SERS 光譜與電化學(xué)參數(shù)的關(guān)系，對(duì)電化學(xué)吸附現(xiàn)象作分子水平上的描述。

3）通過(guò)改變調(diào)制電位的頻率， 可以得到在兩個(gè)電位下變化的“時(shí)間分辨譜”， 以分析體系的SERS 譜峰與電位的關(guān)系， 解決了由于電極表面的SERS 活性位隨電位而變化而帶來(lái)的問(wèn)題。

拉曼信號(hào)的選擇入射激光的功率，樣品池厚度和光學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)也對(duì)拉曼信號(hào)強(qiáng)度有很大的影響，故多選用能產(chǎn)生較強(qiáng)拉曼信號(hào)并且其拉曼峰不與待測(cè)拉曼峰重疊的基質(zhì)或外加物質(zhì)的分子作內(nèi)標(biāo)加以校正。其內(nèi)標(biāo)的選擇原則和定量分析方法與其他光譜分析方法基本相同。

斯托克斯線能量減少，波長(zhǎng)變長(zhǎng)反斯托克斯線能量增加，波長(zhǎng)變短拉曼光譜的應(yīng)用方向拉曼光譜分析技術(shù)是以拉曼效應(yīng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的分子結(jié)構(gòu)表征技術(shù)，其信號(hào)來(lái)源與分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。拉曼光譜的分析方向有：

定性分析：不同的物質(zhì)具有不同的特征光譜，因此可以通過(guò)光譜進(jìn)行定性分析。

結(jié)構(gòu)分析：對(duì)光譜譜帶的分析，又是進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。

定量分析：根據(jù)物質(zhì)對(duì)光譜的吸光度的特點(diǎn)，可以對(duì)物質(zhì)的量有很好的分析能力。

拉曼光譜用于分析的優(yōu)缺點(diǎn)

1、拉曼光譜用于分析的優(yōu)點(diǎn)拉曼光譜的分析方法不需要對(duì)樣品進(jìn)行前處理，也沒(méi)有樣品的制備過(guò)程，避免了一些誤差的產(chǎn)生，并且在分析過(guò)程中操作簡(jiǎn)便，測(cè)定時(shí)間短，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)

2、拉曼光譜用于分析的缺點(diǎn)

（1）拉曼散射面積

（2）不同振動(dòng)峰重疊和拉曼散射強(qiáng)度容易受光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)等因素的影響

（3）熒光現(xiàn)象對(duì)傅立葉變換拉曼光譜分析的干擾

（4）在進(jìn)行傅立葉變換光譜分析時(shí)，常出現(xiàn)曲線的非線性的問(wèn)題

（5）任何一物質(zhì)的引入都會(huì)對(duì)被測(cè)體體系帶來(lái)某種程度的污染，這等于引入了一些誤差的可能性，會(huì)對(duì)分析的結(jié)果產(chǎn)生一定的影響

儀器型號(hào)

賽默飛 Dxr 2Xi、HORIBA Scientific、雷尼紹RM2000、Renishaw-invia拉曼光譜儀

主要規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)

1. 激光光源：325/455/514/532/633/785激光；

2. 光譜分辨率：1cm-1 ；

3. 光譜范圍：50~4000cm-1 ；

4. 空間分辨率：1 μm；

5. 共焦采樣深度：1.5 ~2 μm；

材料要求

1. 粉體樣品10mg以上；

2. 塊體樣品尺寸建議不要太大；

3. 液體提供1ml以上；

主要功能及應(yīng)用范圍

1. 可檢測(cè)物質(zhì)分子振動(dòng)光譜和微觀結(jié)構(gòu)，與紅外吸收光譜互為補(bǔ)充；

2. 未知物質(zhì)的無(wú)損鑒定，廣泛應(yīng)用于材料、地質(zhì)、化學(xué)、物理、生物等眾多領(lǐng)域；