5分鐘讀懂拉曼光譜

什么是拉曼光譜

拉曼光譜是一種無損的分析技術，它是基于光和材料內化學鍵的相互作用而產生的。激光光源的高強度入射光被分子散射時，大多數散射光與入射激光具有相同的波長（顏色），不能提供有用的信息，這種散射稱為瑞利散射。然而，還有極小一部分（大約1/109）散射光的波長（顏色）與入射光不同，其波長的改變由測試樣品（所謂散射物質）的化學結構所決定，這部分散射光稱為拉曼散射。

拉曼光譜的作用

拉曼光譜對于分子鍵合以及樣品的結構非常敏感，因而每種分子或樣品都會有其特有的光譜“指紋”。這些“指紋”可以用來進行化學鑒別、形態與相、內壓力/應力以及組成成份等方面的研究和分析。

當與拉曼成像系統相結合時，可以基于樣品的多條拉曼光譜來生成拉曼成像。這些成像可以用于展示不同化學成分、相與形態以及結晶度的分布。例如下圖所示是一粒藥片的拉曼光譜成像，下圖中可以看出阿司匹林（紅色）、咖啡因（綠色）和撲熱息痛（藍色）成分在藥片中的分布情況。

拉曼光譜的常見應用

拉曼光譜可以用來分析很多不同類型的樣品，通常包括以下種類：

固體、粉末、液體、膠體、軟膏、氣體；

無機材料、有機材料、生物材料；

純物質、混和物、溶液；

一般來說，拉曼不適合分析以下樣品：

金屬及其合金。

目前拉曼光譜應用的典型例子包括：

藝術品和考古——顏料、陶瓷以及寶石的表征與鑒定；

碳材料——碳納米管的結構與純度、缺陷/無序度表征；

化學——結構、純度、反應監控；

地質學——礦物鑒別和分布、包裹體、相變；

生命科學——單個細胞或組織表征，藥物、疾病診斷；

藥學——藥物成分均勻性和組分分布；

半導體——純度、摻入成分、應力。