拉曼光谱仪的基本原理和特点
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发布于：2023-09-13
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- 随着科学技术的不断发展，拉曼技术在很多领域得到了广泛的应用，除了广泛应用于工业过程控制、过程优化、质量控制、生物分析和医疗诊断等领域。对环境样品，例如大气环境中的二氧化硫和一氧化碳浓度，以及食品药品安全检测，也具有重要的应用价值。
- 基本原理
- 拉曼散射是由分子与原子相互作用所引起的。在有强的散射光照射下，分子对入射光子有两种可能的反应：①分子与原子间发生弹性碰撞，即碰撞和振动模式改变，使其共振频率发生改变；②分子振动模式改变，如失去一个振动模式，而产生一个新的振动模式，使共振频率发生改变。
- 当用一束单色光照射分子时，分子受到激发而跃迁到更高的能级上（称为虚态）。当照射到第二个能级时，由于该能级与第一个能级之间的跃迁发生重叠，原子被激发到较低能级上（称为实态），而第一个能级则留在原处。这样两个能级之间就发生了干涉，即产生散射。
- 仪器特点
- 测量范围广：拉曼光谱可以检测到分子内、外振动的光谱信息，包括振动模式、频率及转动能级，对分子结构的分析非常有利，可以用于结构分析和光谱分析。
- 灵敏度高：由于拉曼光谱在较宽的波长范围内具有很高的灵敏度，因此在分子结构分析和光谱分析中非常有用。
- 对样品无破坏性：拉曼光谱技术可以直接分析物质中的分子结构，因此对样品无破坏性。
- 操作简单：拉曼光谱技术操作简单，易学易用，方便快捷，只要通过电脑设置参数，就可快速获得测试结果。
- 无需样品：拉曼光谱技术无需样品，在常温常压下即可进行研究和分析。
- 应用领域
- 农业：水稻、小麦、玉米、大豆等作物，如： DNA，蛋白质等；
- 生物：细胞、组织，如：细胞膜，线粒体，细胞核等；
- 能源：石油化工原料、燃料等；
- 金属材料：钢，铁，铝，镍，钴，铜等；
- 光学仪器：望远镜，显微镜；
- 地质勘探：岩矿分析与鉴定；
- 冶金：各种金属元素含量测定；
- 制药：生物大分子如蛋白质和核酸等的结构研究；
- 地质勘探（石油勘探）：石油天然气矿物的分析研究；
- 环保和地质灾害监测（如泥石流）等方面的应用；
- 考古研究（如玉器的鉴定）：陶瓷，宝石的鉴定）。
- 应用原理
- 拉曼光谱仪主要是由光路系统、数据采集系统、控制软件和数据处理软件等部分组成，可用于定性定量分析，也可进行定量分析。当用激光器激发样品时，散射光从样品表面向内部传播，一部分入射光在样品表面被吸收而无法继续传播，一部分散射光在样品内部被散射，散射角由入射激光和样品的距离决定；当用一束激光照射样品时，散射光穿过样品进入探测器并被光电转换器转换成电信号，该信号再通过计算机处理软件得到拉曼光谱图。由于拉曼光谱是一种无标记的分析方法，因而可以在不破坏样品的情况下分析物质的分子结构，是一种无损检测方法。
- 拉曼光谱仪分为两类：一是可以对固体样品进行测量，二是可以对液体样品进行测量。
- 按照其主要用途，可以将其分为：
- （1）拉曼光谱分析仪（拉曼光谱）：可用于固体、液体样品的分析，例如：锂电池、聚合物材料、半导体芯片、润滑油等；（2）拉曼光谱传感器）：主要用于液体和气体样品的分析，例如：农药残留、食品添加剂等；（3）拉曼光谱检测装置：主要用于液体样品的测量。
- 拉曼光谱仪具有以下特点
- ① 可以得到样品的组成信息，如组成成分的含量，结构信息等。
- ② 可以获得样品中原子的能级结构，电子的运动轨道等信息。
- ③ 可以进行定性和定量分析。
- ④ 具有分析速度快、精度高、动态范围大、重现性好等特点。
- ⑤ 仪器体积小、重量轻，易于操作和维护，适用于现场和野外分析。
- ⑥ 分析结果直观，不受样品量的影响。
- ⑦ 可以用来进行现场分析和快速检测，例如食品药品鉴定等领域。
- ⑧ 可以用于工业过程控制、过程优化、质量控制、生物分析和医疗诊断等领域。
- ⑨ 可以应用于表面工程、环境监测、质量控制和食品安全等领域。
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