拉曼光譜專題1：拉曼光譜的基本介紹及應用

拉曼光譜專題1|拉曼光譜揭秘：新手也能輕松邁入光譜學之門

你是否想過，一束光照射物質(zhì)后，能揭開其分子層面的秘密？今天，就讓我們走進神奇的拉曼光譜shi界，哪怕是光譜學小白，也能輕松入門！

光照射物質(zhì)時，大部分光子如同調(diào)皮的孩子，以瑞利散射的形式 “原路返回”，波長不變；但有少數(shù) “不安分” 的光子，會經(jīng)歷一場奇妙冒險 —— 非彈性散射，也就是拉曼散射，在這場冒險中，它們的波長因分子振動而改變。這一偉大發(fā)現(xiàn)由 C.V. Raman 在 1930 年完成，從此為化學分析打開了全新的大門。

拉曼效應就像光與物質(zhì)的一場 “暗號交流”，光子與物質(zhì)相互作用后，部分光子改變波長，而這背后與分子振動緊密相連�？茖W家們收集這些 “暗號”—— 變化的光信號，就能解碼出樣品的化學信息。

拉曼光譜學正是利用這一效應，借助激光照射樣品，再分析散射光，從而獲取材料的特征信號。激光的發(fā)明更是拉曼光譜學發(fā)展的 “神助攻”，為其提供了關(guān)鍵的單色光源。簡單來講，拉曼光譜是一把精準的 “分子鑰匙”，能通過光的非彈性散射，打開物質(zhì)化學和分子結(jié)構(gòu)的神秘大門，在科研和工業(yè)領域發(fā)揮著巨大作用。

拉曼光譜就如同物質(zhì)的 “化學指紋”，每一種分子或材料都有獨特的拉曼光譜，就像每個人的指紋獨有的�？蒲腥藛T將樣品的拉曼光譜與包含數(shù)百張光譜的參考譜庫對比，就能快速判別材料，或是將它與其他材料區(qū)分開來。通過拉曼光譜，我們能深入研究樣品的化學成分和性質(zhì)、結(jié)晶度和多晶型、污染和缺陷，甚至受熱和受力狀況，堪稱材料研究的 “多面手”。

拉曼光譜的應用領域極為廣泛，在所有需要無損（顯微）化學分析和成像分析的地方，都能看到它的身影。無論是制藥領域精準分析藥物成分，地質(zhì)和礦物學領域探究礦石奧秘，半導體領域助力芯片研發(fā)，材料研究領域探索新型材料特性，還是生命科學領域解碼生物分子，拉曼光譜都能提供定性和定量分析的優(yōu)質(zhì)解決方案。

拉曼光譜主要應用方向在以下等多個方面，

一、化學與材料科學

1.‌分子結(jié)構(gòu)鑒定‌

用于有機化合物、無機配位化合物的結(jié)構(gòu)分析，與紅外光譜互補，可鑒別特殊官能團或化學鍵（如C=C、苯環(huán)呼吸振動等）。

在高分子材料中，可分析聚合物的立體規(guī)整性、結(jié)晶度及表面界面結(jié)構(gòu)，例如通過拉曼峰強度判斷材料的有序性。

2.‌納米材料與碳材料研究‌

表征碳納米管的管徑、手性及導電性，或測定石墨烯的層數(shù)和應力分布。

通過表面增強拉曼散射（SERS）技術(shù)研究金屬單原子層的界面作用。

二、生物與醫(yī)學

1.‌生物大分子研究‌

因水分子干擾小，可在接近自然狀態(tài)下分析蛋白質(zhì)、DNA等生物分子的結(jié)構(gòu)變化。

拉曼成像技術(shù)用于單細胞或脂肪組織的微區(qū)分析，如腫瘤細胞篩查。

2.‌藥物與診斷‌

快速區(qū)分藥物成分（如阿司匹林、咖啡因）及其在藥片中的分布。

疾病標志物檢測，如癌癥和心血管疾病的早期診斷。

三、工業(yè)與公共安全

1.‌刑偵與毒品檢測‌

非破壞性鑒定毒品（如B型混合爆炸物RDX+TNT）及火災痕跡。

2.‌珠寶與文物鑒定‌

區(qū)分天然寶石、合成寶石及優(yōu)化處理寶石，分析包裹體成因。

四、環(huán)境監(jiān)測

檢測水質(zhì)和空氣中的污染物，如有機物和無機物的成分分析。

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以 AUT-XperRF 共聚焦顯微拉曼光譜儀系統(tǒng)為例，它是一款 “多合一” 的寶藏儀器，專為材料分析而生。它可以集成拉曼光譜模塊和 TRPL 測量模塊，兩大模塊相輔相成，為確定材料特性提供有力支持，相當于 AUT-XperRAM S 系列和 FLIM 的強強聯(lián)合。使用 AUT-XperRF，能暢享 AUT-XperRAM 系列的高性能光譜儀檢測，也能實現(xiàn)快速大面積的光譜掃描。

經(jīng)典應用案例：

1.單個口腔上表皮細胞

 

2. WS2拉曼成像圖，熒光成像圖和tcspc熒光壽命成像

 

 

3.光電流成像圖

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