拉曼光谱分析技术

拉曼光谱是一种无损的分析技术，它是基于光和材料的相互作用而产生的。拉曼光谱可以提供样品化学结构、相和形态、结晶度及分子相互作用的详细信息。

拉曼是一种光散射技术。激光光源的高强度入射光被分子散射时，大多数散射光与入射激光具有相同的波长(颜色)，这种散射称为瑞利散射。然而，还有极小一部分(大约1/109)散射光的波长(颜色)与入射光不同，其波长的改变由测试样品(所谓散射物质)的化学结构所决定，这部分散射光称为拉曼散射。

阿司匹林的拉曼光谱，嵌入图片为光谱局部细节放大

一张拉曼谱图通常由一定数量的拉曼峰构成，每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个谱峰对应于一种特定的分子键振动，其中既包括单一的化学键，例如C-C，C=C，N-O，C-H等，也包括由数个化学键组成的基团的振动，例如苯环的呼吸振动、多聚物长链的振动以及晶格振动等。

拉曼光谱能提供什么信息？

拉曼光谱能够探测材料的化学结构，它提供的信息包括：

• 化学结构和化学鉴别
• 相和形态
• 应力
• 污染物和杂质

一般而言，拉曼光谱是特定分子或材料独有的化学指纹，能够用于快速确认材料种类或者区分不同的材料。在拉曼光谱数据库中包含着数千条光谱，通过快速搜索，找到与被分析物质相匹配的光谱数据，即可鉴别被分析物质。

当与拉曼成像系统相结合时，可以基于样品的多条拉曼光谱来生成拉曼成像。这些成像可以用于展示不同化学成分、相与形态以及结晶度的分布。

拉曼光谱既可用于定性测试还可用于定量测试

通常情况下，拉曼光谱( 包括峰位和相对强度) 提供了物质独一无二的化学指纹，可以用于识别该物质并区别于其他物质。实际测试的拉曼光谱往往很复杂，通过谱峰归属来判定未知物相对比较复杂，而通过拉曼光谱数据库进行搜索来寻找与之匹配的结果，则可以快速对未知物进行判别。

在其它条件不变的情况下，光谱的强度正比于样品浓度。通过标准浓度的样品来确定峰强和浓度之间的关系( 标准曲线) 后，即可进行浓度分析。对于混合物，相对峰强可以提供各种组分相对浓度的信息，与此同时，绝对峰强可以体现绝对浓度信息( 参考标准浓度校正)。

拉曼光谱可以用来分析很多不同类型的样品，通常包括以下种类：

• 固体、粉末、液体、胶体、软膏、气体
• 无机材料、有机材料、生物材料
• 纯物质、混和物、溶液

拉曼不适合分析以下样品：

• 金属

目前拉曼光谱应用的典型例子包括：

• 艺术品和考古 - 颜料、陶瓷以及宝石的表征与鉴定
• 碳材料 - 碳纳米管的结构与纯度、缺陷/ 无序度表征
• 化学 - 结构、纯度、反应监控
• 地质学 - 矿物鉴别和分布、包裹体、相变
• 生命科学 - 单个细胞或组织表征，药物、疾病诊断
• 药学 - 药物成分均匀性和组分分布
• 半导体 - 纯度、掺入成分、应力