激光共聚焦拉曼光谱仪(raman)的工作原理及应用优势

拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。

这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。

这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。

（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。

在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。

由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。

因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。

目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱的特征：a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。

c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。

这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。

（三）拉曼光谱技术的优越性提供快速、简单、可重复且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。

此外，由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。

拉曼光谱原理及应用简介当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。

在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。

由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。

因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。

目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究。

应用激光光源的拉曼光谱法。

应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性，与表面增强拉曼效应相结合，便产生了表面增强拉曼光谱。

其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍，加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制，使分析的信噪比大大提高。

已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。

共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。

共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时，这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍，有利于低浓度和微量样品的检测。

已用于无机、有机、生物大分子、离子乃至活体组成的测定和研究。

激光拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱相配合，已成为分子结构研究的主要手段。

1. 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不光改变了传播方向，也改变了频率。

这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。

对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。

因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。

激光共聚焦拉曼光谱激光共聚焦拉曼光谱（LCLS）是最新的拉曼光谱技术，能够进行三维化学成像，具有高灵敏度和非破坏性等优点。

在化学、生物、医疗及环境科学等领域具有广泛的应用。

LCLS技术的特点在于它能够将样品的一部分作为激光聚焦点，获得样品内部和表面化学成分的信息，同时得到每层的深度信息。

这些信息有助于研究物质的微结构和分子之间的作用。

与传统的拉曼光谱相比，LCLS具有更高的信噪比和更高的分辨率，使得LCLS成像技术可以用于复杂的样品分析。

LCLS的工作原理是采用注入样品的激光束在表面聚焦，激光所照射到的小区域是激光的焦点，激光聚焦区域内，分子振动将会不同于其它区域，这些振动频率的变化就是所谓的拉曼散射。

由于激光聚焦的能力，LCLS可以获取重要的样品化学成分信息，这种技术被称为三维化学成像。

LCLS的应用非常广泛，特别是在材料科学和生命科学领域，LCLS技术可以用于表面化学组成分析。

在生命科学领域，LCLS技术可以应用于单细胞成像，有效地提高了样品的分析效率。

在生物医学中，LCLS还可以用于研究癌症细胞的成长过程，解析细胞内部的复杂化学反应。

LCLS的优点在于速度快，可以在短时间内获取大量的化学信息。

同时还具有非破坏性，因此不会对样品造成损伤或污染。

近年来，LCLS技术已经开始得到广泛的应用，在化学和生命科学等领域展现出了强大的分析能力。

总之，LCLS是一种高分辨率的三维化学成像技术，它在化学、生物、医疗和环境科学等领域有着广泛的应用。

其优点包括高速度、非破坏性和高灵敏度，因此可以持续地进行大量的化学分析。

未来，随着LCLS技术不断完善，它将为科学家解开更多的谜团。

拉曼光谱仪能测什么拉曼光谱仪是一种用于分析物质分子结构的仪器，在化学、生物、医学等领域都有广泛应用。

那么，拉曼光谱仪究竟能测什么呢？本文将从原理、应用场景和测量对象三个方面对此进行讲解。

原理拉曼光谱是一种分子振动光谱，反映了分子的结构和振动状态。

它是由激光束通过样品后产生的散射光与激光束混合形成的，通过测量散射光的强度与频率可确定样品的分子结构。

拉曼光谱应用了拉曼散射的原理，即激光与分子相互作用后，有一部分光子被分子吸收，分子发生振动或转动式，吸收能量后重新发射出去的光子与入射光的波长相差一个拉曼位移，这种散射光就可以通过拉曼光谱仪进行检测。

由于拉曼散射过程中分子的结构改变较小，不会改变分子的化学性质，因此拉曼光谱比较适合用于生物、医学等领域的分析。

应用场景生物领域生物分子的结构与功能有很大的关系，拉曼光谱技术可以通过非破坏性的、无需掺杂的方式对生物分子进行分析，如蛋白质、核酸、碳水化合物、脂质等，还可以进行肿瘤组织的病理学研究、癌症诊断和治疗等。

化学领域化学界的应用最为广泛的领域莫过于分子结构的测定。

化学家们利用拉曼光谱测量各种化合物分子间的化学键信息等各种基本信息，构建一个化学反应的反应机理模型，进而对化学反应体系进行了解。

环境监测在环境监测中，拉曼光谱也能发挥出其独特的优势，通过测量有机物、无机物、空气中污染物等的光谱信息，可以得到相应的分子结构和分子间作用信息，对环境污染的成因和程度进行深入分析，具有非常重要的科学价值。

测量对象固体物质利用拉曼光谱技术可以对各种物质的结晶状态、微结构、纳米颗粒等物理和化学性质进行表征，如金属和合金、陶瓷、晶体、生物体血细胞等结构信息。

液体物质对于不透明的液体材料，使用常规的拉曼光谱面临着光散射后强烈受到主流的影响，难以得到比较准确的分析成果。

而相应地，使用光纤和显微拉曼探头则能够实现对这类样品的非破坏性成分组分分析。

气相物质对于气相样品的分析，可以采用激光拉曼光谱方法，对气相中的挥发性有机化合物进行打标记后进行快速检测，可以有效地对空气中污染物的来源和程度进行分析。

第五篇 光谱分析第四章 拉曼光谱分析——激光显微共焦拉曼光谱仪拉曼散射是印度科学家Raman 在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。

光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射称为瑞利散射，由英国物理学家瑞利于1899年进行了研究。

但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经色散分光过滤后的太阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。

拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。

因为这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔物理学奖。

拉曼光谱得到的是物质分子的振动光谱，是物质的指纹性信息，即每一种物都有自己特征拉曼谱图，因此拉曼光谱是认证物质和分析成分的有力工具。

而且拉曼峰的频率（或波数）对物质结构的微小变化非常敏感，所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察，来研究在一些条件下，比如温度、压力、掺杂等，所引起的物质结构变化，以及间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息，如应力分布等。

拉曼光谱技术的优点：光谱的信息量大，谱图易辨认，特征峰明显；对样品无接触，无损伤；样品无需进一步处理；快速分析，鉴别各种材料的特性与结构；由于激光拉曼光谱仪还带有显微共焦功能，故又称激光显微共焦拉曼光谱仪，可做微区微量以及分层材料的分析（1微米左右光斑）；高空间分辨率对地质的包裹体尤其有用；能适合黑色和含水样品；高、低温及高压条件下测量；光谱成像快速、简便，分辨率高；仪器稳固，体积适中，维护成本低，使用简单。

激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。

如在化学方面应用于有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有广泛的应用。

一、基本原理当波数为 （频率为 ）的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。