【扫盲篇】拉曼光谱仪在各领域的应用

仪器信息网 2017-07-27
 

最近很多人都在找这个,我从网上整理一套比较全面的分享出来。节省大家的时间。拉曼光谱技术以其信息丰富,制样简单,水的干扰小等独特的优点,在化学、材料、物理、高分子、生物、医药、地质等领域有广泛的应用。
1、拉曼光谱在化学研究中的应用

    拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定和分子相互作用的手段,它与红外光谱互为补充,可以鉴别特殊的结构特征或特征基团。拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性,拉曼光谱还可以作为分子异构体判断的依据。
在无机化合物中金属离子和配位体间的共价键常具有拉曼活性,由此拉曼光谱可提供有关配位化合物的组成、结构和稳定性等信息。另外,许多无机化合物具有多种晶型结构,它们具有不同的拉曼活性,因此用拉曼光谱能测定和鉴别红外光谱无法完成的无机化合物的晶型结构。
在催化化学中,拉曼光谱能够提供催化剂本身以及表面上物种的结构信息,还可以对催化剂制备过程进行实时研究。同时,激光拉曼光谱是研究电极/溶液界面的结构和性能的重要方法,能够在分子水平上深入研究电化学界面结构、吸附和反应等基础问题并应用于电催化、腐蚀和电镀等领域。

2、拉曼光谱在高分子材料中的应用

    拉曼光谱可提供聚合物材料结构方面的许多重要信息。如分子结构与组成、立体规整性、结晶与去向、分子相互作用,以及表面和界面的结构等。从拉曼峰的宽度可以表征高分子材料的立体化学纯度。如无规立场试样或头-头,头-尾结构混杂的样品,拉曼峰是弱而宽,而高度有序样品具有强而尖锐的拉曼峰。
研究内容包括:
(1)化学结构和立构性判断:高分子中的C=C、C-C、S-S、C-S、N-N等骨架对拉曼光谱非常敏感,常用来研究高分子的化学组份和结构。
(2)组分定量分析:拉曼散射强度与高分子的浓度成线性关系,给高分子组分含量分析带来方便。
(3)晶相与无定形相的表征以及聚合物结晶过程和结晶度的监测。
(4)动力学过程研究:伴随高分子反应的动力学过程如聚合、裂解、水解和结晶等。相应的拉曼光谱某些特征谱带会有强度的改变。
(5)高分子取向研究:高分子链的各向异性必然带来对光散射的各向异性,测量分子的拉曼带退偏比可以得到分子构型或构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)复合材料应力松弛和应变过程的监测。
(8)聚合反应过程和聚合物固化过程监控。

3、拉曼光谱技术在材料科学研究中的应用

    拉曼光谱在材料科学中是物质结构研究的有力工具,在相组成界面、晶界等课题中可以做很多工作。包括:
(1)薄膜结构材料拉曼研究:拉曼光谱已成CVD(化学气相沉积法)制备薄膜的检测和鉴定手段。拉曼可以研究单、多、微和非晶硅结构以及硼化非晶硅、氢化非晶硅、金刚石、类金刚石等层状薄膜的结构。
(2)超晶格材料研究:可通过测量超晶格中的应变层的拉曼频移计算出应变层的应力,根据拉曼峰的对称性,知道晶格的完整性。
(3)半导体材料研究:拉曼光谱可测出经离子注入后的半导体损伤分布,可测出半磁半导体的组分,外延层的质量,外延层混品的组分载流子浓度。
(4)耐高温材料的相结构拉曼研究。
(5)全碳分子的拉曼研究。
(6)纳米材料的量子尺寸效应研究。

4、拉曼光谱在生物学研究中的应用

    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。
生物大分子的拉曼光谱可以同时得到许多宝贵的信息:
(1)蛋白质二级结构:α-螺旋、β-折叠、无规卷曲及β-回转
(2)蛋白质主链构像:酰胺Ⅰ、Ⅲ,C-C、C-N伸缩振动
(3)蛋白质侧链构像:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的侧链和后二者的构像及存在形式随其微环境的变化
(4)对构像变化敏感的羧基、巯基、S-S、C-S构像变化
(5)生物膜的脂肪酸碳氢链旋转异构现象。
(6)DNA分子结构以及和DNA与其他分子间的作用。
(7)研究脂类和生物膜的相互作用、结构、组分等。
(8)对生物膜中蛋白质与脂质相互作用提供重要信息。

5、拉曼光谱在中草药研究中的应用

    各种中草药因所含化学成分的不同而反映出拉曼光谱的差异,拉曼光谱在中草药研究中的应用包括:
(1)中草药化学成分分析
高效薄层色谱(TLC)能对中草药进行有效分离但无法获得各组份化合物的结构信息,而表面增强拉曼光谱(SERS)具有峰形窄、灵敏度高、选择性好的优点,可对中草药化学成分进行高灵敏度的检测。利用TLC的分离技术和SERS的指纹性鉴定结合,是一种在TLC原位分析中草药成分的新方法。
(2)中草药的无损鉴别
由于拉曼光谱分析,无需破坏样品,因此能对中草药样品进行无损鉴别,这对名贵中中草药的研究特别重要。
(3)中草药的稳定性研究
利用拉曼光谱动态跟踪中草药的变质过程,这对中草药的稳定性预测、监控药材的质量具有直接的指导作用。
(4)中药的优化
对于中草药及中成药和复方这一复杂的混合物体系,不需任何成分分离提取直接与细菌和细胞作用,利用拉曼光谱无损采集细菌和细胞的光谱图,观察细菌和细胞的损伤程度,研究其药理作用,并进行中药材、中成药和方剂的优化研究。

6、拉曼光谱技术在宝石研究中的应用

    拉曼光谱技术已被成功地应用于宝石学研究和宝石鉴定领域。拉曼光谱技术可以准确地鉴定宝石内部的包裹体,提供宝石的成因及产地信息,并且可以有效、快速、无损和准确地鉴定宝石的类别–天然宝石、人工合成宝石和优化处理宝石。
(1)拉曼光谱在宝石包裹体研究中的应用
拉曼光谱可以用于宝石包裹体化学成分的定性、定量检测,利用拉曼光谱技术研究矿物内的包裹体特征,可以获得有关宝石矿物的成因及产地的信息。
(2)拉曼光谱在宝石鉴定中的应用
拉曼光谱测试的微区可达1-2um,在宝石鉴定中具有明显的优势,能够探测宝石极其微小的杂质、显微内含物和人工掺杂物,且能满足宝石鉴定所必须的无损、快速的要求。
另外,拉曼显微镜的共聚焦设计(confoal)可以实现在不破坏样品的情况下对样品进行不同深度的探测而同时完全排除其他深度样品的干扰信息,从而获得不同深度样品的真实信息,这在分析多层材料时相当有用。共焦显微拉曼光谱技术有很好的空间分辨率,从而可以获得界面过程中物种分子变化情况、相应的物种分布、物种分子在界面不同区域的吸附取向等。
 

7、拉曼在文物研究中具有“得天独厚”的优势

 
拉曼光谱是一种以拉曼散射为基础的分子光谱分析方法,文物界选择拉曼,正是看中了其“得天独厚”的优势—无损。而且拉曼光谱样品需求量少,具有高的空间分辨率,检测过程简单,越来越多的被应用在文物研究领域。

拉曼光谱的分析方向

拉曼光谱仪分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源与分子的振动和转动。
拉曼光谱的分析方向有:
定性分析:不同的物质具有不同的特征光谱,因此可以通过光谱进行定性分析。
结构分析:对光谱谱带的分析,又是进行物质结构分析的基础。
定量分析:根据物质对光谱的吸光度的特点,可以对物质的量有很好的分析能力。

拉曼光谱仪用于分析的优点和缺点

1、拉曼光谱用于分析的优点

拉曼光谱的分析方法不需要对样品进行前处理,也没有样品的制备过程,避免了一些误差的产生,并且在分析过程中操作简便,测定时间短,灵敏度高等优点

2、拉曼光谱用于分析的不足

(1)拉曼散射面积
(2)不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响
(3)荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰
(4)在进行傅立叶变换光谱分析时,常出现曲线的非线性的问题
(5)任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染,这等于引入了一些误差的可能性,会对分析的结果产生一定的影响。

 


拉曼光谱常见问题50问

一、测试了一些样品,得到的是Ramanshift,但是文献是wavenumber,不知道它们之间的转换公式是怎么样的?激光波长632.8nm。
1. 两者是一回事。ramanshift即为拉曼位移或拉曼频移,频率的增加或减小常用波数差表示,拉曼光谱仪得到的谱图横坐标就是波数wavenumber,单位cm-1。
2.两者一回事。
拉曼频移ramanshift指频率差,但通常用波数wavenumber表示,单位cm-1,可以说某个谱峰拉曼位移是??波数,或??cm-1。
3.在Raman谱中,wavenumber有两种理解,一种是相对波数,这时就等于Ramanshift;另一种是绝对波数(这在荧光光谱中用的比较多),这个绝对波数是与激发波长有关,不同的激发波长得到的绝对波数是不一样的,这时Ramanshift等于(10000000/激发波长减去Raman峰的绝对波数)。
所以通常在Raman谱中,wavenumber一般可理解为Ramanshift。
二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体,测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。
1. 我今天还在用激光拉曼测聚苯乙烯,没有出现你说的情况啊是不是玻璃管被污染的厉害?
2. 你测出的玻璃的信号,有没有可能们焦点位置不对?
3. 应该是聚焦位置不对,聚在玻璃上了,我以前也犯过同样的错误。
4. 用凹面载玻片,液体量会比较多,然后用显微镜聚焦好就可以了,如果液体有挥发性,最好液体上用盖玻片,然后焦点聚焦到盖玻片以下。
如果还不行,你可以查一下“液芯光纤”这个东东
5.建议:
(1)有机液体里面的分析物质浓度多大? Raman测定的是散射光,所以在溶液中的强度相对比较底,故分析物浓度要大些。
(2)你用的是共聚焦Raman吗?聚焦点要在毛细管的溶液里面才好。可以在溶液中放点“杂物”方便聚焦。
(3)玻璃是无定形态物质,应该Raman信号比较弱才对。
三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的,在获得的图里面有很强的荧光,有的说,如果拉曼得不到就用其荧光谱。可我想问一下,在拉曼谱里面得到的荧光背景,是真正的荧光特征谱吗?这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别?
1. 原则上说,拉曼谱中的荧光和荧光谱中的荧光是一样的,只要激发波长和功率密度相同。注意横坐标要从波数变换为纳米,即用10000000nm(1cm)除以波数就行了。但有一点要注意,不同波长的激发光照射样品,得到的拉曼相近,但荧光可以有很大不同,甚至相同波长不同功率激发,荧光谱都大不一样。
2. “注意横坐标要从波数变换为纳米,即用10000000nm(1cm)除以波数就行了”?
Raman测定的是散射光,得到的是Raman shift. Raman shift和绝对波长(荧光光谱)之间要一个转换的吧。
3. 生物样品一般荧光峰比较宽,用荧光光测试之前一般先会做仪器本身曲线校正也就是仪器本身的响应曲线,这样测出的荧光峰才比较准,特别是对于宽峰更要做这个较准。
而Raman光谱一般采集的区域比较窄(指的是波长区域),一般在窄的波长范围变化不大,因此一般不考虑仪器本身响应曲线误差,但是Raman光谱来测宽荧光峰,影响就比较大。
四、什么是共焦显微拉曼光谱仪?
1. 共焦拉曼指的是空间滤波的能力和控制被分析样品的体积的能力。通常主要是利用显微镜系统来实现的。
仅仅是增加一个显微镜到拉曼光谱仪上不会起到控制被测样品体积的作用的—为达到这个目的需要一个空间滤波器。
2.(1)、显微是利用了显微镜,可以观测并测量微量样品,最小1微米左右
(2)、共焦是样品在显微镜的焦平面上,而样品的光谱信息被聚焦到CCD上,都是焦点,所以叫共聚焦
3. 拉曼仪器的共焦有2种呢,一种是针孔共焦,一种是赝共焦.我觉得好像不应该称为赝共焦,共聚焦有真正的定义说一定要针孔才是共聚焦吗?好像没有,顶多称为传统共聚焦或者针孔共聚焦、简单共聚焦之类的。
个人想法,大家指正。
五、请问,测固体粉末的拉曼图谱时,对于荧光很强的物质,应该如何处理?特别是当荧光将拉曼峰湮灭时,应该怎么办?增加照射时间的方法,我试过,连续照射了4小时,结果还是有很强的荧光。我只有一台532nm的激光器,所以更换激光波长的方法目前我不能用。想问问各位,还有别的方法吗?
1. 使用SERS技术或者使用很少量的样品进行测量,或者稀释你的样品到一些别的基体里面去,比如说KBr。
2. 波长不可调的话,激光强度应该是可调的,你把激光强度调低点试试。这个在光源和软件上都有调的。全调到比较低的,然后再用长时间试试。
3. 可以尝试找一种溶剂溶解粉末,看能不能猝灭荧光背景。采用反斯托克斯,滤光片用Nortch滤光片。
六、请问用激光拉曼仪能测量薄膜的厚度、折射率及应力吗?它能对薄膜进行那些方面的测量呢?
1. 应该不能测薄膜的厚度、折射率及应力吧
2. 现在的共焦显微拉曼可以做膜及不同层膜的,你的问题我觉得用椭偏仪更好
3. 拉曼光谱可以测量应力,厚度好像不行
4. 应力可以测,应力有差别的时候拉曼会有微小频移,其他两种没听说过拉曼能测
七、拉曼做金属氧化物含量的下限是多少? 我有一几种氧化物的混合物,其中MoO3含量只有5%,XRD检测不到,拉曼可以吗?
应该和待测样品的拉曼活性有关,并不能绝对说一定能测到多少检测线,有些氧化物可能纯的样品也测不出光谱,信号强的则可能会低一些
八、小弟是刚涉足拉曼这个领域,主打生物医学方面。实验中,发现温度不同时,拉曼好像也不一样。不知到哪位能帮忙解释一下这个现象
温度升高,拉曼线会频移,线宽会变宽,只要物质状态不变,特征峰不会有太大变化,除非高温造成化学反应或者其他变化
九、文献上说,拉曼的峰强与物质的浓度是成正比关系,那么比如我配置1mol/L的某溶液,和0.5mol/L的溶液,其峰强度是正好一半的关系吗?应用拉曼,是否能采用峰积分,或者用近红外那样的多元统计的办法来定量吗?准确度怎么样?
存在激发效率的问题,拉曼一直以来被认为只能做半定量的研究,就是因为不是线性的,有这方面的文献,具体记不清了。
十、拉曼峰1640对应的是什么东西啊?无机的
1. 这个峰一般来说是C=O双键的峰,可是你说是无机物,很有可能是某一个基团的倍频峰,看看820左右或者是某两个峰的叠加。
2. 也有可能是你在测量过程当中由于激光引起的碳化物质。还有一种可能就是C=C.
3. 拉曼在1610-1680波数区间有C=N双键的强吸收
十一、1 红外分析气体需要多高的分辨率?
2 拉曼光谱仪是否可分析纯金属?
3 红外与拉曼联用,BRUKER和NICOLET哪个好些?
1,分析气体时理论上最高只需0.5cm-1。实际应用上绝大部分情况下4cm-1已足够。对于气体,还是希望分辨率高一些好,一般都用1cm-1一下,这样对气体的一些微小峰的变化检测更好
2,基本上不可能。
金属不太可能作出来,因为一般不发生分子极化率改变。
3,这两家公司的红外各有千秋相差不多,关键是你更看重哪些指标。
十二、我想请问一下这里的高手测定过渡金属络合物水溶液中金属与有机物中的某个原子是否成键可以用拉曼光谱分析吗?
如果键能对应的波数在100cm-1以上,估计是可以的,现在比较新的拉曼光谱仪就可以
十三、金红石和锐钛矿对紫外Raman的响应差别大不大?同样条件下的金红石和锐钛矿的Raman峰会不会差很多?
用不同的激发光激发样品,若激光对样品没有破坏作用,拉曼谱图中谱峰的相对强度有时会发生一些变化,但不会完全变了,否则就很难用拉曼光谱进行定性分析了。
TiO2矿物的情况比较特殊,它们有三种晶型:锐钛矿、板钛石和金红石,其中板钛矿比较少见。锐钛石的特征是142cm-1左右的强峰,金红石中此峰消失或很弱。但我们经常见到的不是这两种极端情况,而多是介于金红石或锐钛石中间的TiO2相。有时一个颗粒中,若激光作用在不同的点上,也会打出差别较大的谱图来。
你说的情况,可能有两个原因:一是换波长后,激光与样品的作用点移动;二是激光的能量使样品的晶型发生变化。我个人觉得第一种的可能性较大。
十四、什么是3CCD?
CCD,是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写,它是一种特殊半导体器件,上面有很多一样的感光元件,每个感光元件叫一个像素。CCD在摄像机里是一个极其重要的部件,它起到将光线转换成电信号的作用,类似于人的眼睛,因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。
衡量CCD好坏的指标很多,有像素数量,CCD尺寸,灵敏度,信噪比等,其中像素数以及CCD尺寸是重要的指标。像素数是指CCD上感光元件的数量。摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成,每个点就是一个像素。显然,像素数越多,画面就会越清晰,如果CCD没有足够的像素的话,拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响,因此,理论上CCD的像素数量应该越多越好。但CCD像素数的增加会使制造成本以及成品率下降,而且在现行电视标准下,像素数增加到某一数量后,再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显,因此,一般一百万左右的像素数对一般的使用已经足够了。
单CCD摄像机是指摄像机里只有一片CCD并用其进行亮度信号以及彩色信号的光电转换,其中色度信号是用CCD上的一些特定的彩色遮罩装置并结合后面的电路完成的。由于一片CCD同时完成亮度信号和色度信号的转换,因此难免两全,使得拍摄出来的图像在彩色还原上达不到专业水平很的要求。为了解决这个问题,便出现了3CCD摄像机。
3CCD,顾名思义,就是一台摄像机使用了3片CCD。我们知道,光线如果通过一种特殊的棱镜后,会被分为红,绿,蓝三种颜色,而这三种颜色就是我们电视使用的三基色,通过这三基色,就可以产生包括亮度信号在内的所有电视信号。如果分别用一片CCD接受每一种颜色并转换为电信号,然后经过电路处理后产生图像信号,这样,就构成了一个3CCD系统。
和单CCD相比,由于3CCD分别用3个CCD转换红,绿,蓝信号,拍摄出来的图像从彩色还原上要比单CCD来的自然,亮度以及清晰度也比单CCD好。但由于使用了三片CCD,3CCD摄像机的价格要比单CCD贵很多,所以只有专业用的摄像机才会使用3CCD。
十五、请教我所作的实验是用柠檬酸金属盐溶胶拉制成纤维,想做一下拉曼光谱来证明是否有线性分子的存在,可以吗
1. 当然可以了,但是这要拉曼方面比较深厚的基础,可以先建立模型进行模拟,然后跟实验相对照,能对应就是最大的说服力了,说不定能发到国际上影响力很高的杂志呢
2. 拉曼光谱应该和分子的对称性相关,通过群论可以知道那些谱峰是有活性的,理论上是可以做到的。但对于较大的分子可能不容易啊
十六、在测量拉曼光谱仪的灵敏度参数时,有人提出,单晶硅的三阶拉曼峰的强度跟硅分子的取向(什么111,100之类)的有关,使用不同取向的硅使用与其相匹配的激光照射时,其强度严重不一样,是这样吗?不知道大家测量激光拉曼光谱仪的灵敏度时都是怎么测量的
1. 是的,硅单晶片放置的方向不同峰的强度不同。一般只观察520cm-1峰的强度,不同的硅片取向,不同倍数的物镜,长焦物镜或短焦物镜,520cm-1峰的强度都不同。
2. 520cm-1处好像不是硅的三阶峰的位置吧,测试灵敏度的时候一般是硅的三阶峰的信噪比来衡量呀。520处是跟硅的取向有关系,但是单晶硅的三阶拉曼峰呢?
3.  硅三阶峰位置1440cm-1。
4. 关于硅晶体各向异性的说明可以做偏振拉曼光谱,有些楼主同志说拉曼强度跟光源强度,透镜倍数,等因素有关,说法没错,但是这个跟硅的各向异性并没多大关系,随便一个样品的拉曼强度都跟这些因素有关!!!
硅的各向异性,比如以VV偏振沿硅的111和110面做谱图,在光源强度,透镜倍数等因素都相同条件下拉曼强度是不一样的,根据这些强度还有入射角度,偏振配置可以计算出硅的各向异性指标!!!
这里可能涉及到很多拉曼光谱的原理和偏振光学,偏振配置,等等的一些计算方法(涉及到的理论包括:群论,晶体结构理论,固体物理,偏振光学,拉曼原理等理论)
十七、请问如何进行拉曼光谱数据处理?
1. 可以找相关的拉曼书上有一些特征峰的波数,自己对照分析。也可以在仪器软件中的标准谱图搜索,不过标准谱图不太多的
2. 如果你有数据库可以先比对一下能否确定物质种类,其次可以对峰位、信号强度等信息用曲线拟合方式进行分析。
十八、拉曼系统自检具体是检测哪些硬件?是个什么过程?
主要是检测仪器内的运动部件,如需要旋转角度的光栅等。这种部件都会有自己的“机械零点”作为参考点。
十九、请教作激光拉曼测试,样品如何预处理?
1. 一般来说,样品都不需要做预处理,不象红外那样麻烦。分析固体和液体比较容易,气体就难了,除非密度很大,否则只能用大型拉曼
2. 表面打磨一下或用酒精丙酮一类的东西清洗一下更好,不这样也行,在做的时候聚焦在比较干净平整的地方就行。
二十、请问激光拉曼光谱是什么意思?
拉曼光谱是一种散射光谱,利用激光(多用可见激光,有时也用紫外激光,在付里叶变换拉曼光谱仪中则用近红外激光)照射样品,通过检测散射谱峰的拉曼位移及其强度获取物质分子振动-转动信息(这些信息在红外光谱区)的一种光谱分析法。
拉曼光谱与红外光谱俗称姊妹谱,都用于检测物质分子的振动-转动信息。所不同的是,红外光谱是通过直接检测样品对红外光的吸收情况来获得的。
二十一、请教喇曼谱实验时,如何选择激发波长,1064nm?还是785nm或633nm?
1. 多看看相关文献,我做的蛋白质常用514nm,也可以用紫外200nm附近激发即为共振拉曼,浓度低也可以测。
2. 理论上讲,拉曼光谱与激发光的波长无关。但有的样品在一种波长的激光激发下会产生强烈荧光,对拉曼光谱产生干扰。这时要换一种激发光,以避开荧光的干扰。若样品在不同激光激发下都不发荧光,则随使用哪一种激光都可以。
3. 根据瑞利定律,拉曼散射线的强度与激发光波长的四次方成反比。如果不考虑检测器等因素,当然是激发光的波长越短越好,最好是紫外激光。但可惜的是,现在用于拉曼光谱仪上的CCD最好的响应波长在620nm左右,480nm以下的响应非常差,若CCD技术不进一步改进,紫外激光器对拉曼光谱仪很难说是一种有用的激光器。
二十二、拉曼信号对入射角和出射角的响应又是什么样?我的样品是有衬底支持的薄膜样品(膜厚几百纳米–几微米),怎样扣除衬底的影响?
1. 从散射载面看,散射光的收集方向与入射光方向成90度效果最好,但现在的小拉曼光谱仪都是用背散射方向,因为仪器的灵敏度提高了,接收方向一般不是个问题,除非想做偏振研究。
2. 扣背底问题:有一个说法是“样品+衬底”做一张图,“衬底”做一张图,然后数据相减,但实践证明这种方法不是很好,经常出现负峰或谱图怪异现象。干吗非要扣背底呢?背底留着也能说明点问题,除非样品峰与背底峰有干扰。如果有干扰,试试所谓共焦(confocal)技术看看灵不灵。
二十三、微区拉曼和普通拉曼有区别吗,尤其在图谱上?多晶,单晶和非晶拉曼有何区别?
1. 1)微区拉曼和普通拉曼只是实验方法不同,拉曼谱图的形状原则上只取决于样品,当然实验方法不同对拉曼光谱图的记录效果有影响。
2)若不做偏振实验,单晶和粉晶的拉曼光谱图不会有太大差别,只是某些谱峰的相对强度有些不同。单晶与粉晶的拉曼光谱图中的谱峰较尖锐,而非晶的谱峰趋于宽化。
2. 微区拉曼和普通拉曼应是测试范围上的不同吧
二十四、我是做复合材料的研究的,主要是想研究纤维增强复合材料的界面性能?
确实,理论上是可以。目前使用拉曼光谱测定晶体应力分布已经很成熟了,如在半导体行业已经作为质量控制的主要手段 - 对半导体器件进行逐点扫描,再以特征信号的峰位为参量生成图像,便可反映出应力空间分布情况,从而指导工艺尽量避免应力的发生。
二十五、学校有一套天津港东的拉曼光谱仪,计划给学生开一个测量固体(或粉末)拉曼光谱的实验。试了几种材料都不明显,各位高人能推荐几种容易找到的象四氯化碳拉曼光谱那么明显的固体,晶体,或者粉末吗?
1. 路边抓点沙子就可以了。 沙子中多是石英晶体,测拉曼光谱应该很容易,当年在拉曼发现拉曼效应的同时,苏联科学家就是在石英中发现了同样的效应,我想那时的实验条件绝不会比现在的好。
2. 金刚石或合成金刚石的峰非常特征,很强很明显。小粒的合成金刚石极便宜
3. 特氟隆就很好。单晶硅更好
4. 散射太强是因为瑞利线滤除的程度不够,你可尝试低反射样品,如液体(四氯化碳、酒精等)。港东的谱仪恐怕测石英有困难,散射光太强,其灵敏度可能也不足以测得石英信号。硅片也一样,抛光的表面会使得探测器被饱和掉。
二十六、我们研究小组新近涉及碳纳米管的领域。由于纳米管的Raman信号很弱,就是要重复不断的测试才能在1600cm-1的附近得到峰。请问具体操作条件应该怎么选。如laser的功率,解析度,扫描数scannumber等等,我们用的Raman仪器是(Brucker, RFS-100/S)。
1. 用514激发光,很好测定。
2. 你用的谱仪灵敏度太差。现在单根碳纳米管的拉曼信号都能测的很好,只不过有的用514效果好一些,而有的用633好一些。
二十七、激光拉曼光谱仪应该可以实现快速的定量分析,但经过前段时间一些咨询,使我对其是否可进行快速分析颇存疑问,尤其是气体分析。请问,一般来说分析一次样品(气体或固体)的时间是多长
1. 分析速度取决于仪器的灵敏度和样品本身。通常分析一个样品,强信号几秒钟即可,若信号较弱,则需几分钟。
2. 做定量分析,仪器本身所需的时间很短,秒级。
3. 我用拉曼光谱测过白酒,但是光谱的重现性很差,而且检测限不是很好。采样软件上有自带的基线扣除功能。对于一个样品,如果我要测定三次。如果每次都扫描了本底,然后测光谱,那么三条光谱的重现性就比较差,如果说只测定一次本底,然后扫描三次样品,那么样品的重现性就比较好。总体做下来,拉曼的定量效果肯定是不如近红外,但是拉曼光谱到底能否应用于定量,有待进一步验证,我做的是低档的白酒,几乎都是勾对的,所以定量的时候预测的效果还可以,采用原始光谱预测标准差可达到86%。不知换了其他样品的效果如何,有待进一步研究。
4. 时快时慢,跟参数设置有关。我做的时候,快则3分钟,慢则30分钟,这都有的。
二十八、激光拉曼仪的外光路调整好之后,在换一个样品再进行测试时要重新调试外光路吗?如果不需要,一般还要做哪些调整呢?
1. 如果不换光源,应该不需要,只需要校正光路和强度就可以了,当让还需要校正峰位。
2. 其实不需要,只有在开机的时候才需要初始化.
3. 其实不需要的,如果要更换激光来测样品,才需要再次校正.
4. 没有重新开机就不需要调光路,但需要重新调焦,设置范围。
二十九、Raman能测出硅氢键吗??若能 具体对应多少波长。
很简单,硅片在HF中泡一下直接洗干测量,约在2100 cm-1附近,很强
三十、拉曼光谱改变能确定物质结构相变吗?
拉曼光谱改变只能说可能会发生相变,但不能绝对说发生相变。测定结构最好的方法还是x-ray.
三十一、我用阳极氧化方法做了一种Zr合金的氧化膜,阳极氧化的溶液含有磷酸盐,硅酸盐等成分。用XRD测表面膜的成分时发现膜中只有溶液金属阳离子的硅酸盐有衍射峰(而这个成分预计只占表面膜物质的很小的一部分),而占表面膜物质绝大部分的ZrO2可能是非晶态物质(XRD显示有很明显的非晶包)。请问用Raman光谱可以确定表面氧化膜中是否含有ZrO2及其他一些硅酸盐、磷酸盐成分呢?
1. 非晶很难的,建议作别的测试
2. 测非晶的难度的确较大,但振动光谱(红外+拉曼)方法是测非晶材料较好的方法,有时可以说是唯一可选的方法。如利用红外、拉曼光谱光谱研究玻璃结构方法面的论文就很多。
三十二、有很多晶体的拉曼光谱,在加压或改变温度后拉曼峰变宽,然后就说该晶体此时是非晶相的,那末我想知道他衡量的尺度和标准是什么?
1. 晶体的拉曼信号经常用来表征结晶程度和应力. 如果是结晶非常纯净的单晶,那么其晶格震动能量一定很’纯’,也就是光谱峰宽很窄. 如果晶格被破坏,或结晶程度不够好,激发后的震动能就是一个比较宽的范围,表现在光谱峰宽就是展宽了. 晶格在不被破坏情况下被压缩或拉伸就产生了应力,表现为峰位位移.
2.拉曼峰变宽是晶体的结晶程度不好
3. 应该和能带变宽有关系吧
4. 晶型混乱度提高了
三十三、拉曼图谱中峰位的强弱是什么因数造成的?
1. 从分析角度来说应该是所测样品中含有该成分的含量多少所影响的,当然也可能是因为该元素所受周围力场的影响所致
2. 排除含量的问题,分子结构是主要的影响因素
3. 和相应振动引起的极化率有关
三十四、我想做气液包裹体的成分,用激光拉曼光谱怎么样,做的效果好不好?
1. 应该说还是不错的。或者用四极做
2. 一般用拉曼和红外一起做,可以互补.
3. 玻璃气泡的可以做
4. 共焦激光可以试试
三十五、我现在正在做拉曼光谱试验,用金金属做底物,分析CNBP(4-Cyanobiphenyl)和Cyclodextrin 如何镶嵌在一起,用检测CNBP在金金属底物上的角度和方向,平行还是垂直,来确定是否进入到Cyclodextrin 里面,制备金属底物需要购买金属板,用硫酸洗,在用氮气吹平,进行粗糙化,但我不知道配好的金属胶体溶液和金属底物之间有什么关系,我刚做完金属胶体溶液,进行紫外光谱测定波长为520纳米,就是不知道下一步该怎么做?
自组装下,用双头试剂
三十六、求助拉曼光谱选择扫描范围和激发波长,我作了个样,用拉曼光谱表征,物质为硅胶负载有机物(对甲苯磺酸盐类),但好像荧光比较明显,干扰大,检测老师叫我提供扫描范围和激发波长
1. 不知道你都做过什么激发波长的,633nm应该没有什么问题吧,要是有785的更好了,波长长了能量低了,就打不出荧光了。可以先采一个全谱,然后在选范围。我见过有人做催化的以630为中心采谱。我没做过催化,很外行了。
2. 一般是4000-0cm-1,波长是1064nm,Nd:YAG激光器
3. 如果含有机物,不提倡选用785nm,因为在这个激发波长下,有机分子共振效应很弱.
1.激光波长514nm 量程:100-9400波数;
2.激光波长633nm 量程:100-5700波数,建议选用514nm,在4000以内扫描一下
三十七、有几种激光光源?
1. 氩离子、半导体、氦氖
2. 可见光激光器应用最多的是氩离子激光器,可产生10种波长的激光,其中最强的是488纳米(蓝光)和514纳米(绿光)激光器,现在最为常用,性能十分稳定的是514纳米激光器;另外,532纳米固体二极管泵浦激光器、632.8纳米(红光)、780纳米等可见光激光器;以及785纳米二极管、830纳米近红外激光器;掺钕的钇铝石榴石(YAG)激光器被用作傅里叶变换拉曼光谱的光源,其激光波长为1064纳米(红外);染料激光器是目前较成熟、应用较为普遍的可调谐激光器,是共振拉曼研究时的理想光源。一般来说,拉曼光谱与激光的波长是无关的,选择不同波长的激光主要取决于研究的对象,如果研究生物蛋白质、细胞等,则需要波长较长的近红外光,避免了荧光对拉曼光谱的干扰。但对于一些深色、黑色粉末样品,由于近红外的热效应,而使热背景干扰拉曼光谱,这时选择可见光区的激光比较合理。对于研究化学发光和荧光光谱,则选择紫外激光器。所以在研究颜料时,选配514纳米和785(或830纳米)纳米两种波长的激光器就够用了,对于红、黄、白色颜料采用785纳米的激光器进行分析,对于蓝、绿色颜料则采用514纳米的激光器进行分析。
3. 激光出现以前主要用低压水银灯作为光源,目前已很少使用。为了激发喇曼光谱,对光源最主要的要求是应当具有相当好的单色性,即线宽要窄,并能够在试样上给出高辐照度。气体激光器能满足这些要求,自准性能好,并且是平面偏振的。各种气体激光器可以提供许多条功率水平不同的分立波数的激发线。最常用的是氩离子激光,波长为514.5nm和488.0nm的谱线最强,单频输出功率为0.2~1W左右。也可以用氦氖激光(632.8nm,约50mW)。
4. 在光纤测量和光纤传感系统中使用的光源种类很多,按照光的相干性,可分为非相干光源和相干光源。非相于光源包括白炽光源和发光二极管(LED),相干光源包括各种激光器。激光器按工作物质的不同,可分为气体激光器、液体激光器、固体激光器和半导体激光器等。半导体光源是光纤系统中最常用的也是最重要的光源。其主要优点是体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长,亮度足够、供电电源简单等。它与光纤的特点相容,因此,在光纤传感器和光纤通信中得到广泛应用。半导体光源又可分为发光二极管(LED)和半导体激光器(LD)。这两种器件结构明显不同,但却包含相同的物理机理。增益带宽高于任何其它媒质,主要由于光子发射是因两个能带间的电子运动所致。半导体激光器的典型增益曲线延宽到 1012Hz。
5. 紫外的也有的比如214nm
三十八、什么是CCD ?
1. 电荷偶合器件,Charge coupled device
2. 固体检测器。目前已被采用的固体检测器主要有:
CCD(Charge-Coupled Detector),电荷耦合检测器。 二维检测器,每个CCD检测器包含2500个像素,将22个CCD检测器环形排列于罗兰园上,可同时分析120-800nm波长范围的谱线。
CID(Charge-Injection Detector),电荷注入式检测器,二维阵列,28×28mm的芯片共有512×512(262,144)个检测单元,覆盖167-1050nm波长范围;
SCD(Subsection Charge-Coupled Detector)分段式电荷耦合检测器,面阵检测器,面积:13×19mm,有6000个感光点,有5000条谱线可供选择;
CCD、CID等固体检测器,作为光电元件具有暗电流小、灵敏度高、信噪比较高的特点,具有很高的量子效率,接近理想器件的理论极限值。而且是超小型的、大规模集成的元件,可以制成线阵式和面阵式的检测器,能同时记录成千上万条谱线,并大大缩短了分光系统的焦距,使直读光谱仪的多元素同时测定功能大为提高,而仪器体积又可大为缩小,焦距可缩短到0.4m以下,正在成为PMT器件的换代产品。
3. CCD也有百万象素的。不是所有的ccd都应用于罗兰圆类仪器上。典型仪器:Varian Vista MPX
CID也有大面积的,百万象素的,Leeman Prodigy
三十九、我要用激光拉曼做一种在-20度下就分解的物质,请问把样品保存在低温下测定可以吗?激光是否会使样品分解?
1. 最好是把样品放在一个很小的容器里面,然后低温作实验。应该是没有问题的。
2. 可以做的,激光可以穿玻璃,将样品放入透明的玻璃下面就可以了。
我看有的老师做固体样品时,防止激光打出的能量太高,将固体融化,污染镜头,或者镜头不小心靠近样品,还在显微镜头上面套了一层透明塑料了
四十、我想做一个样品的标准曲线,溶剂是CF2H-CF2-CF2-CF2-CF2H,溶质是含有-O-的全氟化高分子,好像是直链的(UV-Visual无吸收峰)。想用拉曼光谱作定量分析,请问能不能做到?
1. 能做,直接峰强定量
2. 做过照度和标准物校正后的拉曼仪可以直接使用峰强作为定量依据
3. 可以半定量
四十一、用普通拉曼光谱仪对肿瘤细胞和正常细胞的光谱进行检测,我发现信号完全被玻璃信号所掩盖。但是培养细胞的容器大都是玻璃的,请问各位高手,我该如何设计实验方案?
1. 改变光路,从上往下照,而样品上面不要有石英或者玻璃,光直接打在样品溶液上。
2. 使用流动泵,使激光打在液体的线上。没试过,但是我觉得这个方法不好。
四十二、我现在在为拉曼光谱仪进行波长校准 说明书上说就用汞灯就可以 但是我却根本测量不出来峰 更不用说准确位置的峰了
[1]用以光谱校准的汞灯谱,最好与样品几乎同时测量,比如,刚刚测完样品后,或在测量样品之前。目的是为了减少光栅漂移造成的误差。
[2]如果你能看到样品的谱线,按道理也应该能看到汞灯的谱线,只要汞灯放好在样品位置上,并且汞的谱线足够强。请检查光路是否校准。之前请确信:汞灯是否在你的测量范围有谱线。
[3]如果你不是校准高于1500cm^-1的谱线,那么Fenchone是很好的拉曼标准样品。
四十三、本人才用硝酸刻蚀银片的方法制备活性基底,但在制备过程种无法得到理想的效果,是否在制备中有什么地方应该特别注意?
1. 刻蚀的时间注意下 还是挺好做得
2. 基底的制备,用硝酸腐蚀,首先,你的银片质量要过关,表面的杂志要除掉,所以银片一定要打磨光滑,然后,就是要注意腐蚀的时间,这个是很重要的
四十四、实验室攒的激光拉曼,共聚焦的。刚开始使用,做实验的时候有人需要这个数据,但是没有现成的。有什么办法可以测量样品位置激光光斑大小么?
1. 有白光系统的,直接在屏幕上估算
2. 有标尺的,通常3个u,100倍
3. 不好测,你实际看到的要大于实际的光斑!
四十五、碳中的两个峰:D-band 和G-band,这两个峰到底是什么意思啊,有的文献上说d peask是指disordered carbon, G peak是指graphitic carbon,而另有一些文献是以sp2原子的键来分,到底这两个是什么意思呢?
D峰是无序化峰(disorder),D与G峰都是有sp2引起的。
1585cm−1 左右的拉曼峰是体相晶态石墨的典型拉曼峰,称G带。此峰是石墨晶体的基本振动模式,其强度与晶体的尺寸有关。1360cm−1 处的拉曼峰源自石墨碳晶态边缘的振动,称为D 带。这两处拉曼峰为类石墨碳(如石墨,碳黑,活性碳等)的典型拉曼峰。
四十六、激光和FT拉曼的区别?
FT Raman可以减少荧光干扰这个说法没错。
你的研究目的是什么?FT Raman和激光显微Raman应用领域是有一定差别的。
一般说来,做有机或高分子研究用FT Raman多些,做材料研究用激光Raman多些。
另外,你还要注意选择合适的激发波长。
四十七、激光激发的拉曼谱线是高斯线型还是洛仑兹线型?是否与激光的线型有关?
1. 来自于振荡的偶极矩的辐射,经典的电磁场理论可以证明Raman的峰是一个Lorentzian形状。但是实际上得到的Raman的峰是一个在Raman峰本身的形状,(natural lineshape),仪器的传输函数(instrumental transfer function)和无序诱发的振荡的分布(disorder-induced distribution of vibrators)之间的卷积积分(convolution).它经常被认为是高斯或者Voigt函数(一个完美的lorentzian和高斯函数的对称卷积)。
2. 通常,晶体的峰用Lorentz解析,非晶的用Gaussian解析比较合适。
四十八、我用的是GPIB-PCIIA数据采集卡,这是不是即插即用的卡?
据我所知,这个东西还不是完全的即插即用,操作系统是不能完全识别的,需要认为安装驱动程序才能使用.
四十九、请问如何确定多壁碳纳米管拉曼光谱的 D’和G’ lines 和 D+G line 的位置?
D 缝的位置应该是在1360cm-1左右,可能会有正负10左右的偏差,
G 峰的位置应该是在1570cm-1左右,可能会有偏差的。
D+G也就是两个数相加,大概是在2930cm-1左右!
五十、怎样计算拉曼光谱图形中的应力值?
用SIT质数计算就可以了
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