浅析拉曼光谱的原理及其应用

刘顺彭

摘 要 本文简述了拉曼光谱产生的基本原理及其发展，从矿床学、无机物等方面讨论了拉曼光谱在不同研究领域的应用，简要介绍了表面增强拉曼光谱技术、高温拉曼光谱技术、共振拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术等。关键词 拉曼光谱；原理；应用

中图分类号 O6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）07-0001-01

1 拉曼光谱的发展

1928年，一个叫C.V.Raman的印度物理学家发现一种散射光谱，并称之为拉曼光谱。刚发现该光谱的时候它的聚焦必须要用日光来当光源，后来人们慢慢发现汞弧灯的聚集性更好更方便，就用汞孤灯替代了日光。但是汞弧灯存在强度不太高、单色性差等缺点，这在一定程度上阻碍了拉曼光谱的发展。到60年代后，微弱信号检测技术得到改善，计算机应用普及，又引入激光光源，这些都给拉曼光谱的发展带来了新的转机。再后来，激光拉曼探针的出现使拉曼光谱技术出现了质的飞跃。

2 拉曼光谱的特点

分子的简正振动过程中极化率的变化的大小不能决定红外光谱中的谱线强度，但是能决定拉曼光谱的谱线强度，这也就使得通过拉曼光谱可以检测红外光谱仪中无法检测出来的信息。拉曼效应是所有分子的共性，且其存在的形态不影响这一效应，这也说明拉曼效应具有普遍性。用拉曼散射光谱检测样品时，样品不需要特殊制备，样品数量的多少也无所谓，在探测样品时拉曼散射采用光子探针，这种探针不会损伤样品，可保全样品的完整性。

3 拉曼光谱在不同研究领域的应用

3.1 在无机材料中的应用

在研究低维纳米材料的众多方法中，拉曼光谱法俨然成为了首选。在纳米材料中，包括组成成分、键合类型、制备纳米材料的方法以及制作工程中必要的热处理环节，都能影响纳晶界结构本身又比较复杂，这就使得纳米材料的研究难以进行，而拉曼光谱法恰恰可以解决这一问题，纳米材料的结构信息可以通过拉曼频率表现出来。所以不管是从纳米材料的分子结构去分析，还是从键态特征角度去看，又或者是进行其定性鉴定，都能利用拉曼光谱获得重要信息资料。

3.2 在矿床学中的应用

拉曼光谱法可应用在矿床学中，对沉积有机质或有机碳质物进行研究。沉积有机质会发生热蚀变现象，拉曼光谱对这种变化异常敏感，所以有机质的拉曼光谱会随着演化阶段而发生系统性的变化。根据这一特性，研究沉积有机质时，就可以依靠有机质的拉曼谱图建立拉曼谱参数回归方程，再利用方程计算源岩的埋藏历史、沉积环境，然后综合分析判定其具有的油、气潜力。拉曼光谱在一定程度上促进了矿床学的研究。

4 拉曼光谱技术

4.1 表面增强拉曼光谱技术

在一些特殊的金属良导体表面或溶胶的制备过程中，表面增强拉曼散射的吸附分子的拉曼散射信号远大于普通拉曼散射信号。拉曼光谱最显著的缺点是灵敏度很低，而表面增强拉技术恰好克服了这一缺点，并且能够获得常规拉曼光谱不易获得的结构信息。这也就是表面研究、吸附界面表面状研态究等都运用表面增强拉曼光谱技术的原因。

4.2 高温拉曼光谱技术

运用高温激光拉曼技术时，拉曼光谱的谱峰频率、位移、峰高、峰寬、峰面积及其包络线的量化解析都会发生变化。因此，工业冶金、制作玻璃、研究地质化学、探究晶体的生长等涉及固体的高温相变过程，熔体的键合结构的研究领域，通常都会使用高温拉曼光谱技术。

4.3 共振拉曼光谱技术

要想提高分子的某个或几个特征拉曼谱带强度，并使其达到正常拉曼谱带的104～106倍，就必须用到共振拉曼光谱技术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱灵敏低这一缺点，同时它还具有一个非常大的特点，就是只要共振拉曼光谱产生的激光频率与待测分子的电子吸收峰接近或重合时，就可以观察到泛音及组合振动光谱，这在常规的拉曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光谱的高灵敏性，用于低浓度检测再好不过，甚至可以不加任何处理就得到人体体液的光谱图。若要其灵敏度可以达到单分子检测，只需将共振拉曼光谱技术与表面增强技术相结合。

4.4 共焦显微拉曼光谱技术

要想提高分子强度，就必须用到共振拉曼光谱技术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱灵敏低这一缺点，同时它还具有一个非常大的特点，就是只要共振拉曼光谱产生的激光频率与待测分子的电子吸收峰接近或重合时，就可以观察到泛音及组合振动光谱，这在常规的拉曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光谱的高灵敏性，用于低浓度检测再好不过，甚至可以不加任何处理就得到人体体液的光谱图。若要其灵敏度可以达到单分子检测，只需将共振拉曼光谱技术与表面增强技术相结合。

4.5 傅立叶变换拉曼光谱技术

从20世纪90开始，傅立叶变换拉曼光谱逐渐发展起来。在1987年，第一台近红外激发傅立叶变换拉曼光谱（N IR FT-R）仪面向世界，由Perkin Elmer公司推出了。为了减弱荧光背景，照射样品采用的是1 064mm的近红外激光。此后，化学、生物学和生物医学样品的非破坏性结构分析研究中都有用到傅立叶变换拉曼光谱技术。

4.6 拉曼光谱与其他仪器联用技术

拉曼光谱与其他仪器的联用与其单独使用相比，可以获得更多的有用信息，且信息的可靠度也得到大大提高。正是如此，拉曼光谱仪和这些不同仪器的联用得到了全球各地的研究单位的密切关注，并且开始着手研究。

5 结论

通过以上理论分析，我们可以总结出来这样一个结论：拉曼光谱技术是所有化学、物理技术中最为卓越的，而拉曼光谱仪的发展对各个领域的研究都有着非凡的意义。

参考文献

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