拉曼光譜儀的工作原理

當(dāng)一束頻率為v0的單色光照射到樣品上后，分子可以使入射光發(fā)生散射。大部分光只是改變光的傳播方向，從而發(fā)生散射，而穿過分子的透射光的頻率，仍與入射光的頻率相同，這時(shí)，稱這種散射稱為瑞利散射；還有一種散射光，它約占總散射光強(qiáng)度的 10^-6～10^-10，該散射光不僅傳播方向發(fā)生了改變，而且該散射光的頻率也發(fā)生了改變，從而不同于激發(fā)光（入射光）的頻率，因此稱該散射光為拉曼散射。在拉曼散射中，散射光頻率相對(duì)入射光頻率減少的，稱之為斯托克斯散射，因此相反的情況，頻率增加的散射，稱為反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)得多，拉曼光譜儀通常大多測(cè)定的是斯托克斯散射，也統(tǒng)稱為拉曼散射。散射光與入射光之間的頻率差v稱為拉曼位移，拉曼位移與入射光頻率無關(guān)，它只與散射分子本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。拉曼散射是由于分子極化率的改變而產(chǎn)生的（電子云發(fā)生變化）。拉曼位移取決于分子振動(dòng)能級(jí)的變化，不同化學(xué)鍵或基團(tuán)有特征的分子振動(dòng)，ΔE反映了特定能級(jí)的變化，因此與之對(duì)應(yīng)的拉曼位移也是特征的。這是拉曼光譜可以作為分子結(jié)構(gòu)定性分析的依據(jù)。

拉曼光譜在化學(xué)研究中的應(yīng)用    

拉曼光譜在有機(jī)化學(xué)方面主要是用作結(jié)構(gòu)鑒定和分子相互作用的手段，它與紅外光譜互為補(bǔ)充，可以鑒別特殊的結(jié)構(gòu)特征或特征基團(tuán)。拉曼位移的大小、強(qiáng)度及拉曼峰形狀是鑒定化學(xué)鍵、官能團(tuán)的重要依據(jù)。利用偏振特性，拉曼光譜還可以作為分子異構(gòu)體判斷的依據(jù)。

在無機(jī)化合物中金屬離子和配位體間的共價(jià)鍵常具有拉曼活性，由此拉曼光譜可提供有關(guān)配位化合物的組成、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性等信息。另外，許多無機(jī)化合物具有多種晶型結(jié)構(gòu)，它們具有不同的拉曼活性，因此用拉曼光譜能測(cè)定和鑒別紅外光譜無法完成的無機(jī)化合物的晶型結(jié)構(gòu)。

在催化化學(xué)中，拉曼光譜能夠提供催化劑本身以及表面上物種的結(jié)構(gòu)信息，還可以對(duì)催化劑制備過程進(jìn)行實(shí)時(shí)研究。同時(shí)，激光拉曼光譜是研究電極/溶液界面的結(jié)構(gòu)和性能的重要方法，能夠在分子水平上深入研究電化學(xué)界面結(jié)構(gòu)、吸附和反應(yīng)等基礎(chǔ)問題并應(yīng)用于電催化、腐蝕和電鍍等領(lǐng)域。

拉曼光譜在高分子材料中的應(yīng)用    

拉曼光譜可提供聚合物材料結(jié)構(gòu)方面的許多重要信息。如分子結(jié)構(gòu)與組成、立體規(guī)整性、結(jié)晶與去向、分子相互作用，以及表面和界面的結(jié)構(gòu)等。從拉曼峰的寬度可以表征高分子材料的立體化學(xué)純度。如無規(guī)立場(chǎng)試樣或頭-頭，頭-尾結(jié)構(gòu)混雜的樣品，拉曼峰是弱而寬，而高度有序樣品具有強(qiáng)而尖銳的拉曼峰。

研究內(nèi)容包括：

（1）化學(xué)結(jié)構(gòu)和立構(gòu)性判斷：高分子中的C＝C、C-C、S-S、C-S、N-N等骨架對(duì)拉曼光譜非常敏感，常用來研究高分子的化學(xué)組份和結(jié)構(gòu)。

（2）組分定量分析：拉曼散射強(qiáng)度與高分子的濃度成線性關(guān)系，給高分子組分含量分析帶來方便。

（3）晶相與無定形相的表征以及聚合物結(jié)晶過程和結(jié)晶度的監(jiān)測(cè)。

（4）動(dòng)力學(xué)過程研究：伴隨高分子反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程如聚合、裂解、水解和結(jié)晶等。相應(yīng)的拉曼光譜某些特征譜帶會(huì)有強(qiáng)度的改變。

（5）高分子取向研究：高分子鏈的各向異性必然帶來對(duì)光散射的各向異性，測(cè)量分子的拉曼帶退偏比可以得到分子構(gòu)型或構(gòu)象等方面的重要信息。

（6）聚合物共混物的相容性以及分子相互作用研究。

（7）復(fù)合材料應(yīng)力松弛和應(yīng)變過程的監(jiān)測(cè)。

（8）聚合反應(yīng)過程和聚合物固化過程監(jiān)控。

拉曼光譜在中草藥研究中的應(yīng)用    

各種中草藥因所含化學(xué)成分的不同而反映出拉曼光譜的差異，拉曼光譜在中草藥研究中的應(yīng)用包括：

（1）中草藥化學(xué)成分分析

薄層色譜(TLC)能對(duì)中草藥進(jìn)行有效分離但無法獲得各組份化合物的結(jié)構(gòu)信息，而表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)具有峰形窄、靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)中草藥化學(xué)成分進(jìn)行高靈敏度的檢測(cè)。利用TLC的分離技術(shù)和SERS的指紋性鑒定結(jié)合，是一種在TLC原位分析中草藥成分的新方法。

（2）中草藥的無損鑒別

由于拉曼光譜分析，無需破壞樣品，因此能對(duì)中草藥樣品進(jìn)行無損鑒別，這對(duì)名貴中中草藥的研究特別重要。

（3）中草藥的穩(wěn)定性研究

利用拉曼光譜動(dòng)態(tài)跟蹤中草藥的變質(zhì)過程，這對(duì)中草藥的穩(wěn)定性預(yù)測(cè)、監(jiān)控藥材的質(zhì)量具有直接的指導(dǎo)作用。

（4）中藥的優(yōu)化

對(duì)于中草藥和復(fù)方這一復(fù)雜的混合物體系，不需任何成分分離提取直接與細(xì)菌和細(xì)胞作用，利用拉曼光譜無損采集細(xì)菌和細(xì)胞的光譜圖，觀察細(xì)菌和細(xì)胞的損傷程度，研究其藥理作用，并進(jìn)行中藥材和方劑的優(yōu)化研究。