带着问题深入了解:拉曼(Raman)光谱(下)(带着问题学,针对问题改)

带着问题深入了解:拉曼(Raman)光谱(下)(带着问题学,针对问题改)

七十三、RAMAN的强度受到哪些因素的影响?

浓度;

激光功率以及测量参数,尤其是光谱采集时间。

七十四、Pt和Pd的增强因子为多少?

一般来说,过渡金属的增强系数大概在100-10000之间;与准备的基体有很大的关系。

七十五、哪些样品容易测得拉曼信号?

拉曼光谱的信号非常微弱,大致是瑞利散射的10e-6,-8的级别,普通的设计取得拉曼信号非常困难,所以需加上较好的陷波滤波片,尽量的消减瑞利散射。即使这样,拉曼信号依然和背景大致相当,甚至更低,还需考虑光谱仪本身的杂散光阻挡能力,使用何种探测器,样本是否有荧光干扰等;

最好先确定实验要求:①需要自建组合系统;②使用商业成套设备,可根据实验要求选择设备等;

拉曼信号极弱,自己搭的话比较困难,建议使用整套拉曼系统,比如JY、必达泰克等厂家;

用准直透镜收集光本身不会增加光通量,反而会降低光通量。因为准直透镜主要是收集平行光并将其耦合入光纤,其数值孔径反而没有光纤大,当光从四周散射过来时,光纤反而能收集到更大角度上的光。因此不推荐采用准直透镜来收集光,另外如果做拉曼建议还是采用专用的光纤拉曼探头。

七十六、做了一些拉曼的样品,但原始数据在Orign中是一个斜线,上面有些小峰,和以前看到的拉曼的谱图差别很大,不知大家都是用什么样的软件来处理?

在Origin软件里也可以处理出非常漂亮的拉曼图谱,斜线去基线和拉曼工作站软件处理原理差不多。斜线去基线Baseline;

用Origin应当可以;

在信号不太好的情况下是有点区别的,Origin中出来的肯定没有拉曼软件中的好,可在Origin中进行图形处理稍微优化。

七十七、有没有专门扣除拉曼背底、平滑拉曼图的软件?

Thermo Galactic的GRAMS/AI;

GRAM、Origin都可以做平滑,不过平滑时小心,很容易造成小峰丢失和峰位位移;

Jobin Yvon的拉曼测试软件Lab-Spec就带了谱图处理功能,可以手工或自动拟合背景曲线做基线扣背景,还可以进行谱峰拟合分解,功能强大;

最好还是用与仪器相匹配的软件比较好;

Grams或Origin,Lab-spec也可以,平滑的话可以试试S-G平滑,数据失真会小一些。

七十八、傅立叶变换拉曼光谱与激光拉曼光谱有什么区别?

工作原理不一样;

傅立叶拉曼侧重于有机样品分析,用的是近红外激光器(1064nm),能量较低信号弱。而色散型拉曼可选不同波长的激光器(200-800nm),能量高,灵敏度高;

使用傅立叶拉曼可减少样品的荧光干扰;

傅立叶拉曼价格便宜;

现在基本买色散激光拉曼的用户较多;

傅立叶拉曼测水和黑色阳平效果不好,因为水和黑色样品对红外光的吸收都比较强,会导致本来就很弱的傅立叶拉曼信号会变的更弱。

七十九、激光拉曼光谱技术在生物分析中的应用研究?

活细胞拉曼光谱反映药物等分布情况;

DNA单分子荧光测试;

癌变细胞光谱规律摸索。

八十、为什么荧光会影响Raman谱?

拉曼测定的是分子受激发后的反射光,因此对于有些物资如无定型的物质玻璃等会在测定中产生强烈的荧光干扰,将拉曼信号掩盖;

现对于荧光的消除一般是采用更换光源,通过改变激发波长避免荧光在测定的波数范围内出现;

有时做拉曼的时候荧光背景较强,就需要改变激发波长来消除荧光影响的。

八十一、在激光拉曼光谱仪中,仪器探测器项描述为:瑞利散射抑制O.D.>7……不明白其中物理意义?

激光激发拉曼后,拉曼光还是很弱(相比较激光和瑞利线),为了能更好的测量拉曼,需把激光滤除掉(用滤光片),一般一个滤光片将激光减弱到十的负七次方,就是叫OD-7;

例如雷尼绍的拉曼为了将激光减弱的与拉曼水平相当,就用了两个滤光片,所以叫OD-14。

八十二、做一个用光谱仪来测量细胞的散射光谱实验,现有一台海洋公司型号为hr4000cg-uv-nir的光谱仪,不知可不可以用来测量细胞的散射光谱?

建议使用专门的拉曼光谱仪来测量散射光谱;

要依据细胞的种类决定;

细胞可能比较难测量,但是可以简单估计一下:①细胞在可见区的荧光会很强,所以用可见过激发效果会不好;②近红外激光应该可以试一试;

傅立叶拉曼怕水,而细胞应该含有很多水吧,所以恐怕不适合;

用紫外光激发,恐怕会灼伤细胞。

八十三、怎样用简单的方法判断拉曼光谱的光路有偏差,除了看信号差以外?

信号差是最简单最明显的。如果是显微拉曼,那么激光照射样品并上下移动样品台;如果激光光斑一直是个均匀的同心圆并且发散聚拢均匀,那么激光光路就没有问题,反之则不好。

信号光路看不到光,调起来复杂,只能根据信号来调。

八十四、看到一些文献上当几个峰重合时用到分峰技术,常用的是计算机去卷积,请问有什么软件或方法可以进行分峰处理?

在mat-lab中可以进行卷积和去卷积的计算,前提是得稍微熟悉这些方法;

origin7.0可以,查一下说明书,按步骤来还是很简单的,没什么去卷积之类的。

八十五、做了几种矿泉水样品的拉曼谱,发现出现一个未知的峰,用什么方法知道这是什么物质呢?

Raman谱峰一般是重复性很好的,如果产生有时没有的峰,比如很锐利,应该就是宇宙峰了;

宇宙峰就是宇宙射线的影响产生的极其尖锐的峰,应当坚决去掉;好像一般在下午3点到7点的时候会经常出现这种影响,把它处理掉就行了;

宇宙射线也称高能粒子流,是不经过光路直接进入CCD的信号,一般仪器周围有强磁场等干扰源的时候会很强烈,在下午或傍晚比较强。这些粒子一般只会打到CCD的一个像元上,因此形成的峰会很锐利且不具有高斯或者洛伦茨线形,因此很容易辨认;

做一下纯净水样品的测试,如果也在相同位置出现拉曼峰,则可归因于仪器本底或纯水的拉曼;另外可查一查纯水以及最怀疑的矿物质的拉曼信息;

算出吸收谱的能量,查手册。

八十六、激光拉曼光谱和红外光谱有什么区别?

象形的解释一下,红外光谱是“凹”,拉曼光谱是“凸”,两者互为补充;

从本质上面来说,两者都是振动光谱,而且测量的都是基态的激发或者吸收,能量范围都是一样的;

拉曼是一个差分光谱,形象的来说,可乐的价钱是1毛钱,扔进去1毛钱就能得到可乐,这是红外;可是如果扔进去1块钱,会出来一瓶可乐和9毛找的钱,最终仍旧可以知道可乐的价钱,这就是拉曼;

光谱的选择性法则是不一样的,IR是要求分子的偶极矩发生变化才能测到,而拉曼是分子的极化性(polarizibility)发生变化才能测到;

IR很容易测量,而且信号很好,而拉曼的信号很弱;

使用的波长范围不一样,IR使用的是红外光,尤其是中红外,好多光学材料不能穿透,限制了使用,而拉曼可选择的波长很多,从可见光到NIR,都可以使用;

当然还有很多不同的地方,比如制样方面,IR有时相对比较的复杂,耗时间,且可能会损坏样品,但是拉曼并不存在这些问题。

拉曼和红外大多数时候都是互相补充的,就是说红外强拉曼弱,反之也是如此;但是也有一些情况下二者检测的信息是相同的;

本质上是这样的,红外是吸收光谱,拉曼是散射光谱;

红外是当被测分子被一定能量的光照射,分子振动能级发生跃迁,同时由于分子的振动能量高于转动能级,那么振动的同时,肯定含有转动,所以红外是分子的振转吸收,也就是它将能量吸收;

拉曼是当一束光子撞击到被测分子上时,从量子力学上讲,光子与分子发生非弹性碰撞,光子的能量经过碰撞之后增加或者减少,这样就是拉曼散射;也就是说光子的能量没有完全吸收,当然也有完全弹性碰撞,那种情况不是拉曼散射,是瑞利散射。

从能级的角度来讲拉曼散射,是分子先吸收了光子的能量,从基态跃迁到虚态,到了虚态之后,由于处于高能级,它从虚态返回到第一振动能级,释放能量,这样放出的光子的能量小于入射光子的能量,这样就是拉曼散射的一种,也就是处于斯托克斯散射。当从第一振动能级跃迁到虚态,然后从虚态返回到基态,这样放出的能量就大于入射光的能量,这就是反斯托克斯区,也是拉曼散射的一种,能量不变的就是锐利散射。

有些振动红外和拉曼都能检测到,有些振动只有其中一个能检测,比如氧气、氮气只能用拉曼检测;

红外不能检测低于400波数的。红外更适合用于有机物,拉曼更适合无机物。红外受水的干扰比较大。

八十七、什么是瑞利散射?

瑞利散射(弹性散射),绝大部分的光子像“原声唱片”般忠实地保持原有频率,即散射光子的频率和入射光相同(V=Vo),能量分毫不差。这类散射构成了光谱中最强的信号,但无法提供分子结构信息。

八十八、什么是斯托克斯散射?

斯托克斯散射(能量转移),极少部分(约低为百万分之一)散射光子是非弹性散射,光子会将部分能量传递给分子,导致自身频率降低,即散射频率小于入射光频率(V=Vo-Vv)。对应分子从基态跃迁到激发态的过程。

八十九、什么是反斯托克斯散射?

反斯托克斯散射(能量回收),极少数处于激发态的分子会将能量“归还”给光子,使散射光频率升高(V=Vo+Vv)。这种现象在常温下较为罕见,但随着温度升高会逐渐显著。

九十、拉曼光谱在生物大分子上的应用?

拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段,由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单,故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化;

通过拉曼光谱Mapping技术可以对人体单个细胞、脂肪分布等微小组织进行某特定区域成像分析。

九十一、拉曼光谱在纳米材料上的应用?

利用拉曼光谱可以对纳米材料进行分子结构分析、键态特征分析、结构相变和定性鉴定等;

显微拉曼光谱可以解决碳材料研究中的很多问题。在碳纳米管研究方面,可以表征管径、手性、用于评估结构是否有序以及导电性质。在石墨烯研究方面,拉曼能够快速获得层数、张/压应力等信息,并判定结构的有序性。

九十二、拉曼光谱在晶体材料上的应用?

利用不同波长激光在样品中穿透深度不同,得到各深度层的信息。该样品表面为多晶硅,往深度方向晶化程度降低,逐渐变为非晶硅。在制备非晶硅或多晶硅薄过程中,不同深度处的晶化程度可能不同;

在大多数情况下拉曼散射对于材料的晶形和结晶度是很敏感的。一般而言,晶体材料的拉曼光谱拥有尖锐、高强度的拉曼峰,而非晶材料的拉曼峰大多很宽,强度较低。

九十三、拉曼光谱在材料应力测试上的应用?

利用拉曼光谱可以对材料的应力大小进行定量分析,如下图所示,研究者可以根据图谱颜色的差距来判断材料中应力的大小和数值。

九十四、拉曼光谱在材料微结构上的应用?

利用不同波长激光在样品中穿透深度不同,得到各深度层的信息。利用不同颜色的区分来判断材料微观结构的形貌。

九十五、拉曼光谱信号弱怎么办?

信号弱是拉曼光谱仪常见的故障之一,其主要原因可能是激光功率不足、样品浓度过低、样品表面不平整等;

针对这类问题,可以通过以下方法进行解决:

  1. 调整激光功率:适当提高激光功率可以增强信号强度,但过高的激光功率会导致样品破坏和背景噪声增加;
  2. 增加样品浓度:增加样品浓度可以提高信号强度,但过高的样品浓度也会导致信号失真和背景噪声增加;
  3. 改变样品表面状态:保持样品表面平整和干燥可以减少信号衰减,增强信号强度。

九十六、仪器噪声大该如何解决?

主要原因可能是仪器老化、光路不稳定、环境干扰等;

针对这类问题,可以通过以下方法进行解决:

  1. 定期维护保养:定期清洁和维护光路,更换老化部件可以减少仪器噪声;
  2. 保持光路稳定:保持光路稳定可以减少环境干扰和仪器噪声,如保持仪器稳定的温度和湿度、避免光路震动等;
  3. 选择合适的样品:选择合适的样品可以减少背景噪声和信号失真,提高信噪比。

九十七、拉曼光谱遇到光谱漂移怎么办?

可能是光源衰减、光路不稳定、样品位置不准确等;

针对这类问题,可以通过以下方法进行解决:

  1. 定期校准:定期校准仪器可以减少光源衰减和光路不稳定,提高光谱准确性;
  2. 保持样品位置稳定:保持样品位置稳定可以减少光路不稳定和光谱漂移,如使用样品夹固定样品位置、使用光纤对样品进行检测等;
  3. 选择合适的背景参考:选择合适的背景参考可以减少光谱漂移,提高光谱质量;

针对拉曼光谱仪常见的故障,及时发现问题并采取相应的解决方法可以提高实验效率和准确性,保障实验结果的可靠性。

九十八、拉曼测试的范围是多少?

拉曼测试的范围通常在几微米左右,具体取决于测试条件。

九十九、拉曼数据的横纵坐标含义及单位是什么?

横坐标表示拉曼频移(cm-1),纵坐标表示拉曼光强。

一百、为什么同一个样品有时出峰正常,有时却看不到峰?

这可能与激光器的影响有关;

不同的激光器对同一样品测试结果可能不同。例如,532和785 nm激光可能会使拉曼信号被荧光淹没,而405 nm激光则更容易分辨。但出峰位置不会改变,除非样品分子结构发生变化。

一百零一、拉曼测试的最小波数和测试深度是多少?

拉曼测试可测到的最小波数可达10cm-1,而测试深度通常只有10nm左右;

光斑大小约为1um,样品的均匀性对结果影响很大;

如果测试结果没有出峰,说明在该位置没有该物质结构存在;

对于薄膜样品,如果膜层厚度小于这个深度,可能会出现基底峰。

一百零二、在复杂样品的拉曼光谱测量中,不同成分的光谱可能会重叠,导致谱图解析困难该如何解决?

优化实验条件,如调整激光功率、积分时间等,以增强目标成分的拉曼信号;

使用化学方法或物理方法对样品进行预处理,如分离、纯化等,以减少光谱重叠的影响;

使用多元分析方法对复杂光谱进行定量分析,通过建立模型来解析重叠的光谱成分。

一百零三、为什么得到的光谱中总是有随机的、尖锐的谱线?

这些谱线一般被认为是宇宙射线。宇宙中的高能粒子辐照在CCD探测器上会导致电子的产生进而被相机解释为光的信号。宇宙射线在时间和产生的光谱位移上完全是随机的,它们有很大的强度、类似发射谱线、半高宽较小(<1.5m-1)。为确认宇宙射线的存在,可马上重新扫描光谱会发现峰的消失。如果谱线依然存在,则很有可能是室内光线的干扰;

宇宙射线随着扫描曝光时间的增加出现的概率会增加,因此当你长时间扫描一个光谱时,必须避免宇宙射线在光谱中的出现,可以通过软件中宇宙射线去除能完成。这是一些软件中包含的实验设置功能,当使用时,将在同一样品位置扫描三次(相当于积分三次),软件将比较这三次扫描获得的光谱并去除没有在所有光谱中出现的尖锐峰。

一百零四、怎样避免被测试的样品被激光烧毁?

当进行样品测试时,激光照射在样品表面的能量是非常大的,尤其在采用NIR或UV激光激发时。尤其是一些样品在光照下对热或光是十分敏感的,这会导致测量信号包含样品烧毁后的特征,而不是样品本征的信号(例如,非晶碳膜在1500cm-1波数附近的本征峰在强光激发时会显示出石墨化的碳峰)。通常遇到这样的问题时,可在样品测试前后通过显微镜白光像观察样品表面是否发生明显变化,因此需选择正确的激光功率来进行测试;

为避免样品表面烧毁,在开始测试时应选用较低的激发功率,尤其用NIR或UV激光激发时。在保证样品不被烧毁的前提下可提高激发功率以得到最强的信号。当激光功率衰减到1%仍无法避免样品烧毁时,可考虑转换低倍物镜以降低照射在样品表面的功率密度。另外还可采用欠焦照射模式或线聚焦照射模式。如果问题是由于高功率二极管激光器引起的,可考虑转换成低功率可见激发系统。

一百零五、测试的样品是液态、粉末或体积非常大时怎么办?

液体样品可采用毛细管或液体池或直接将液体滴在载玻片上进行测试,粉末样品可取少许放置在载玻片上进行测试,固体大样品可由仪器公司提供的大样品台进行测试。

一百零六、当样品需要在不同高压下测试怎么办?

可向仪器公司购置或在国内相关单位订制一套拉曼高压样品测试池。

一百零七、想进行偏振拉曼测量时该怎么办?

应配置一套偏振片和半波片进行测试,偏振拉曼可帮助你对分子振动的对称性进行检测。

一百零八、为什么将测试样品放置不同取向时得到的拉曼谱图不相同?

因为入射激光照射在样品表面不同晶面取向上引起的。采用四分之一波片对激光进行扰偏可帮助去除方向效应。一般可向仪器公司或其它提供光学元件的公司购买四分之一波片。

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