拉曼光谱技术的应用及研究进展

拉曼光谱技术的应用及讨论进展拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928年印度物理学家C.V.Raman发觉的。

拉曼光谱作为一种物质结构的分析测试手段而被广泛应用，尤其是60时代以后，激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用，使拉曼光谱分析在很多应用领域取得很大的进展。

目前，拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。

就分析测试而言，拉曼光谱和红外光谱相搭配使用可以更加全面地讨论分子的振动状态，供给更多的分子结构方面的信息。

1拉曼光谱的应用拉曼光谱是讨论分子振动的一种光谱方法，它的原理和机制都与红外光谱不同，但它供给的结构信息却是仿佛的，都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况，从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。

分子偶极矩变化是红外光谱产生的原因，而拉曼光谱是分子极化率变化诱导的，它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。

在分子结构分析中，拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。

例如：电荷分布中心对称的键，如C—C、N=N、S—S等，红外汲取很弱，而拉曼散射却很强，因此，一些在红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。

拉曼光谱还可测定分子的退偏比，利于弄清分子的对称性等。

这在结构分析中是特别有用的。

拉曼的缺点是检测灵敏度特别低。

在电化学讨论中该缺点尤为突出，由于典型的电化学体系是由固—液两个凝集相构成的，表面物种信号往往会被液相里的大量相同物种的信号所掩盖。

1.1用于聚合物中的讨论随着CCD探头和光纤在FT—拉曼光谱中的应用，使信噪比、光谱范围和精度大大加添。

广义二维FT—拉曼相关光谱和带色散仪及多道探测器的近红外FT—拉曼光谱得到快速进展，以及多变量分析法的应用使拉曼光谱可应用于过程监控和定量分析，这使拉曼技术在高分子科学中起着越来越紧要的作用。

通常用红外光谱讨论含氢键的聚合物相容性。

无氢键的聚合物共混物内的特别相互作用的振动光谱讨论很少有报道。

近来进展起来的广义二维FT—拉曼相关光谱，通过选择相关谱带可确定各种分子间相互作用以及共混物中特别相互作用与其相容性的关系，不仅能供给无氢键共混物的构成与共混物的构形、特别相互作用及相容性的关系的信息，而且还可讨论相容性与氢键的关系。

试验室分析聚合物固化过程常采纳DSC，DSC的样品用量少，样品薄，使聚合产生的热快速有效地散失，反应掌控在假等温状态。

然而，工业上大多数聚合物和复合材料都较厚，使聚合产生的热不能快速散失，这样厚样品的DSC分析并不理想，并且DSC是脱线测量，不能进行实时监测。

光纤拉曼光谱的应用解决了这个问题，它能直接监测大量聚合物和薄膜的固化反应过程。

Myrick等设计了一个新的探针，增大了信噪比，使光纤拉曼光谱能直接实时监测固化反应，可快速取得光谱数据，进而确定反应温度和化学结构，并可由多变量技术快速定量地测定固化百分率。

拉曼技术除用于讨论聚合物共混物的相容性、固化过程监测，还可用于表面增塑机理、聚合反应监控聚合物结晶过程监控、聚合物水溶液和凝胶体系中水的结构及分子间、分子内相互作用力的讨论。

1.2用于生物大分子的讨论近年来，渐渐用激光拉曼光谱讨论各种生物高分子的结构及它们在水溶液中的构型随pH、离子强度、极化温度的变化情况。

在生物体系讨论方面，表面加强拉曼散射可直接分析水相生物分子的结构状态，且样品用量少，与其他方法相比有着明显的优势。

科研人员利用表面加强拉曼技术解决了生物化学、生物物理和分子生物学中的很多难题，包括分子的特别基团（如氨基酸中的氨基、羧基、芳环等）与界面的相互作用、生物分子与金属表面的键合方式、DNA、RNA、卟啉在银溶胶上的吸附状态等讨论。

利用在线拉曼光谱的方法，跟踪阿司匹林合成反应过程的试验，直接观测到反应过程中体系的拉曼光谱随时间的变化。

用小波变换的方法去除光谱的本底之后，又利用多波长线性回归的方法对试验数据进行实时的处理，得到了试验中各组分的相对浓度随时间的变化。

郝雅琼利用表面加强拉曼散射光谱对半胱氨酸小分子在银基底表面的吸附方式、作用机理进行了认真的探讨和讨论，为利用分子光谱探究含硒酶活性机理和进一步提高酶活性奠定基础。

Vergote利用FT—Raman（和光纤探针连用）探测药物的合成过程，试验结果证明FT—Raman光谱仪是一种成功的检测手段。

1.3用于多肽及蛋白质的构型的讨论用常规的方法难于检测多肽及蛋白质的结构，或者是方法过于多而杂，不易操作。

现在利用拉曼光谱分析多肽及蛋白质的构型的讨论国内外均有报道。

国外科研人员以银胶和银电极为活性基体的表面加强拉曼光谱与流动注射分析联用，成功地取得到嘌呤和嘧啶类化合物的结构信息。

采纳光谱电化学电解池，可检测到低于10—9mol/L的生物活性物质和Fe（II）。

余多慰等利用拉曼光谱分析，对酸是否能导致DNA中嘌呤、嘧啶的脱落，并分析其原因是否与嘧啶的质子化可能强于嘌呤有关。

1.4用于无机物及金属搭配物的讨论拉曼光谱可测定某些在红外光谱中无汲取，而在拉曼显现强偏振线的无机原子团的结构。

例如：利用拉曼光谱可以检测水溶液的汞离子。

现在文献上也有关于利用拉曼光谱检测晶体结构的报道，冯敏等人利用拉曼散射方法对改进Lely法生长的SiC单晶质量进行了讨论，发觉样品的结构为6H—SiC，样品中存在较多的缺陷，有4H—SiC晶型，首次给出了SiC的100—4000cm—1范围内的拉曼光谱。

Nakashima也利用拉曼散射讨论了SiC晶体内部结构的缺陷。

SiC晶体内部结构的缺陷利用X—衍射、电子扫描、离子柱分析以及在磁场中响应的光谱也可以检测出来。

程红艳利用拉曼光谱对C60衍生物讨论发觉，C60衍生物的拉曼光谱有了明显不同，说明有机官能团的显现使得C60分子的结构发生了变化。

Prabakar利用Cd0.6Zn0.4Te多晶体所表现拉曼光谱的性质，分析Cd0.6Zn0.4Te多晶体薄膜的结构，拉曼散射试验表明薄膜的表面被Te腐蚀并且被氧化，其测试结果与XPS检测结果相一致。

2拉曼光谱技术自拉曼效应在1928年被发觉以后，30时代拉曼光谱曾是讨论分子结构的重要手段，此时的拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源，物质产生的拉曼散射谱线极其微弱，因此应用受到限制，直至60时代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的进展才给拉曼光谱带来新的转机。

70时代中期，激光拉曼探针的显现，给微区分析注入活力。

80时代以来，美国Spex公司和英国Rrinshow公司相继推出了拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪，由于采纳了凹陷滤波器（notchfilter）来过滤掉激发光，使杂散光得到抑制，因而不在需要采纳双联单色器甚至三联单色器，而只需要采纳单一单色器，使光源的效率大大提高，这样入射光的功率可以很低，灵敏度得到很大的提高。

Dilor公司推出了多测点在线工业用拉曼系统，采纳的光纤可达200m，从而使拉曼光谱的应用范围更加广阔。

2.1傅立叶变换拉曼光谱技术傅立叶变换拉曼光谱是上世纪90时代进展起来的新技术，采纳傅立叶变换技术对信号进行收集，多次累加来提高信噪比，并用1064mm的近红外激光照射样品，大大减弱了荧光背景。

自此，FT—Raman在化学、生物学和生物医学样品的非破坏性结构分析方面显示出了巨大的生命力。

近几年来，化学工们对FT—Raman光谱仍在不断探究。

王斌等采纳FT—Raman光谱仪对蛋白质样品进行多次扫描，曲线拟合原始光谱图，以子峰面积表征对应二级结构含量，从而对蛋白质二级结构进行定量分析。

可以依据人体正常组织和病变组织的FT—Raman光谱差异从分子水平辨别和讨论病变的起因。

王志国采纳近红外傅立叶变换拉曼光谱技术直接、精准、快速、无损对27种染色纤维样品进行了检验，同时得到了它们的本底纤维和染料的拉曼谱图。

然后利用计算机谱图处理程序进行拉曼差谱处理，获得了染色纤维上染料的拉曼谱图，由此能够实现对纤维上染料的鉴定。

FT—Raman光谱技术还应用在测定家兔体液中的葡萄糖含量、亚麻油的组分、碳酸钙的固相分析以及共聚物、金属有机化合物的结构讨论等。

2.2表面加强拉曼光谱技术表面加强拉曼散射（SERS）效应是指在特别制备的一些金属良导体表面或溶胶中，吸附分子的拉曼散射信号比一般拉曼散射（NRS）信号大大加强的现象。

表面加强拉曼克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点，可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息，被广泛用于表面讨论、吸附界面表面状态讨论、生物大小分子的界面取向及构型、构象讨论、结构分析等，可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等。

朱知良等利用表面加强拉曼光谱（SERS）讨论了L—天冬氨酸在银溶胶体中的吸附状态及其浓度变化对表面加强拉曼散射效应的影响，并探讨了L—天冬氨酸在银溶胶表面的吸附作用的特点和规律。

仇立群等人采纳高灵敏度的表面加强拉曼光谱（SERS）技术，以具有强SERS信号的金纳米粒子标记抗体，以SERS标记免疫金溶胶为探针，结合扫描电镜技术，讨论免疫球蛋白羊抗小鼠IgG分子与银基底的相互作用。

精准掌控并全面了解免疫球蛋白IgG在固相基底表面的吸附，对于医学免疫检测有极其紧要的意义。

2.3激光共振拉曼光谱激光共振拉曼光谱（RRS）产生激光频率与待测分子的某个电子汲取峰接近或重合时，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，并察看到正常拉曼效应中难以显现的、其强度可与基频相比拟的泛音及组合振动光谱。

与正常拉曼光谱相比，共振拉曼光谱灵敏度高，可用于低浓度和微量样品检测，特别适用于生物大分子样品检测，可不加处理得到人体体液的拉曼谱图。

用共振拉曼偏振测量技术，还可得到有关分子对称性的信息。

RRS在低浓度样品的检测和络合物结构表征中，发挥侧紧要作用。

结合表面加强技术，灵敏度已达到单分子检测。

近年来，人们发觉很多生物分子的电子汲取位于紫外区，加强了对生物样品的紫外共振拉曼讨论，利用紫外共振拉曼技术先后讨论了蛋白质、核酸、DNA、丝状病毒粒子等。

2.4共焦显微拉曼光谱在光谱本质上，共焦显微拉曼仪与一般的激光拉曼仪没有区分，只是在光路中引进了共焦显微镜，从而除去来自样品的离焦区域的杂散光，形成空间滤波，保证了探测器到达的散光是激光采样焦点薄层微区的信号，可在电化学体系的电极表面行为和电极溶液截面等方面讨论中，可获得真实的分子水平的信息。

显微共焦拉曼光谱仪测量样品可以小到1m的量级，尤其适用于宝石中细小包裹体的测量，使得可以精准了解包裹体的成分、结构、对称性。

祖恩东等人利用共焦显微拉曼鉴定宝石，与传统的宝石鉴定法相比，拉曼光谱给出的信息属于物质深层次信息，是物质成分、结构的综合信息，具有更大的牢靠性、精准性。

乔俊莲等人利用显微拉曼光谱仪获得了酸性红和酸性黑染料在银溶胶上的表面加强拉曼光谱，讨论了其在银表面的吸附取向及其强度与浓度的关系。