雷射光譜法，採用雷射作光源的光譜分析方法。按照雷射與物質作用所產生光的散射、發射、吸收和電離等特性，可分為雷射拉曼光譜法、雷射誘導螢光光譜法、雷射光聲光譜法和光熱光譜法、雷射電離光譜法等。這些分析方法的出現不僅極大地提高了檢測靈敏度和選擇性，使得單原子、單分子的檢測成為現實；而且還為深入研究物質的結構、狀態、價態、微區以及無損檢測和遙感遙測提供了強有力的研究手段，使人們對微觀世界的認識進一步深化。
基本介紹
- 中文名：雷射光譜法
- 特性：光的散射、發射、吸收和電離等
雷射拉曼光譜法
一種振動光譜分析方法，原理是基於C.V.拉曼發現的拉曼散射，即單色光作用於樣品產生的散射光中，除了與入射光頻率相同的瑞利散射光外，還有一系列對稱分布在瑞利散射光兩側但其頻率大大弱於瑞利散射光的其他頻率的光，並且散射光頻率與樣品的分子結構有關。
1962年雷射器開始用作拉曼光譜分析的光源，並推出了商品化的拉曼光譜儀。常規雷射拉曼光譜儀由雷射光源、樣品裝置、單色器和檢測及數據處理系統組成。單色器多為雙光柵單色器；檢測器早期多為光電倍增管，僅能進行單道檢測，現多由可進行多道檢測的CCD（電荷耦合檢測器）所取代，可一次獲取拉曼光譜的全譜。20世紀90年代，採用近紅外雷射作光源，邁克耳孫干涉儀作單色器的傅立葉變換拉曼光譜儀和基於共焦光學原理的共焦拉曼光譜儀相繼商品化，進一步擴大了雷射光譜法的套用範圍。雷射拉曼光譜與紅外光譜相輔相成，在分子結構表征和振動光譜分析等方面發揮著重要作用，已廣泛套用於無機、有機和生物物質的鑑定和分子結構研究。雷射拉曼光譜法的標準譜圖庫已經問世。
雷射拉曼光譜法套用技術主要集中在提高雷射拉曼光譜法的靈敏度等方面。表面增強拉曼散射(SERS)是指樣品分子吸附在某些特殊製備的金屬和溶膠表面，而使其拉曼散射強度大大增強的一種現象，其拉曼散射強度可提高105～106倍。如將激發光頻率調諧到與樣品分子的某一電子吸收峰重合或接近時，可觀察到拉曼散射信號強度增強105～106倍的共振拉曼散射(RRS)現象，結合共振拉曼散射和表面增強拉曼散射的表面增強共振拉曼散射(SERRS)，其檢測靈敏度已達到單分子。相干反斯托克斯–拉曼散射(CARS)是將頻率為ω1和ω2的兩束強雷射束按一相位角同時聚焦於拉曼活性樣品上，經三階非線性極化，在頻率ω3＝2ω1－ω2處產生反斯托克斯相干輻射，散射強度比正常拉曼效應提高105倍以上，並且有高解析度和高抗螢光干擾能力。
雷射誘導螢光光譜法
將雷射光源用作原子螢光或分子螢光光譜法的光源。由雷射光源、樣品池、單色器和檢測器組成。由於雷射光源的使用，無須對光源進行分光而使其儀器裝置簡化，並於1978年和1984年分別實現了單原子和單分子檢測。雷射的高能量使分子的雙光子或多光子吸收與螢光現象的觀察成為可能，為研究分子特性和提高螢光分析選擇性開闢了新途徑。
由於不在激發波長處檢測螢光強度，非共振螢光在雷射誘導原子螢光光譜法中廣泛採用。與雷射飽和激發相結合的雷射飽和光學非共振螢光光譜法可檢測單原子。雷射誘導擊穿光譜法也是一種雷射誘導原子螢光光譜法，它是基於檢測雷射與固體、液體、氣體和氣溶膠相互作用的介電擊穿產生的電漿光發射光譜法。
雷射誘導時間分辨螢光光譜法是依據待測組分的螢光衰減特性差異而進行選擇測定的一類方法，既可消除瑞利和拉曼光散射的干擾，也可根據螢光壽命差異對螢光光譜重疊組合進行測定。隨著雷射和檢測器件的發展，時間分辨的下限已達10−15秒。
基於低溫條件（70K或更低）下分子吸收和螢光光譜峰形窄化的雷射低溫螢光光譜可分為冷卻螢光光譜、基質隔離光譜、螢光窄線光譜和超聲噴射光譜。它們被稱為分子光譜的指紋識別法，已用於多環芳烴同分異構體及代謝產物的測定和探討多環芳烴的致癌機理。
雷射誘導螢光用作毛細管電泳的檢測器使其兼有高效分離和高靈敏檢測的優點。採用雷射誘導螢光檢測的毛細管晶片電泳儀的商品化，使其在基因組學的研究中大顯身手。
雷射光聲光譜法和雷射光熱光譜法廣義而言，雷射光聲光譜法和雷射光熱光譜法都是基於測量物質吸收雷射所產生的光熱效應的吸收光譜法，其靈敏度比一般吸收光譜法高几個數量級。
雷射光聲光譜法的基礎是1880年A.G.貝爾發現的光聲效應。它是基於物質吸收光輻射，通過光輻射弛豫產生的聲波或其他熱彈效應。1968年挪威的E.L.克爾等人首次採用二氧化碳雷射器作為光聲光譜的光源，測定了氣體的微弱吸收。1974年出現了定型的雷射光聲光譜儀。雷射光聲光譜儀由雷射光源、光聲樣品池和檢測器組成。早期雷射光聲光譜儀大多採用連續波雷射加以斬波，後來多使用脈衝雷射器。雷射光聲光譜儀中核心部件為光聲樣品池和與之相連的聲感測器，各種類型的光聲樣品池已用於各種形態樣品的測定。聲感測器則多為微音器和壓電感測器。
雷射光熱光譜法基於檢測物質吸收雷射輻射所產生的光熱效應。套用較多的是雷射熱透鏡光譜法和雷射光熱偏轉光譜法。雷射熱透鏡光譜法的基礎是1964年美國的J.P.戈登等人發現的熱透鏡效應，其原理為待測分子或離子吸收雷射輻射後通過無輻射弛豫放出熱能引起周圍介質的溫度變化，從而導致介質的折射率變化形成類似光學上的負透鏡。檢測雷射通過介質的散焦程度可對物質進行分析，主要用於氣體和液體樣品的分析測定。雷射熱透鏡光譜儀由雷射光源、樣品裝置和檢測器組成。按其雷射光束的波長數目，可分為單光束、雙光束、單波長和雙波長雷射熱透鏡光譜。
雷射光熱偏轉光譜法的基礎是蜃景效應，所依據的原理與雷射熱透鏡光譜法基本相同，區別僅在於前者探測光程範圍內的曲率變化，而後者探測折射率的變化梯度。1980年法國的A.C.博卡拉等人首先利用蜃景效應創立了雷射光熱偏轉光譜法。雷射光熱偏轉光譜儀與雷射熱透鏡光譜儀也基本相同。按照加熱光束和探測光束的傳播方向，可將其分為共線式和橫向式兩種。
雷射電離光譜法
採用雷射作為選擇激發和電離光源的光譜分析方法。套用較多的有雷射增強電離光譜法、雷射共振電離光譜法和雷射質譜法等。
雷射增強電離光譜法是將雷射波長調諧到待測元素的某一能級從而增強激發態原子在原子化器中的熱離子化比率，由此產生的電流信號與待測原子濃度呈定量關係的一類原子光譜分析方法。其裝置由雷射光源、原子化器、電極和信號檢測系統組成。由於不採用光學檢測系統，避免了光學檢測所遇到的光散射、背景發射等干擾，使其選擇性和靈敏度得以提高。
雷射共振電離光譜法是使待測粒子吸收一個或多個光子到某一激發態，然後再吸收一個光子使之電離並檢測所產生的電流。1975年美國的G.B.赫斯特等人首次提出雷射共振電離光譜法，並在1977年實現了在1019個氬原子中檢測到1個銫原子。其裝置由雷射光源、樣品裝置和檢測系統組成。
1963年美國的R.E.霍尼格首先把雷射引入質譜分析，開始了雷射質譜的研究。雷射質譜儀與常規質譜儀基本相同，雷射主要用於雷射解吸進樣和共振電離。1988年德國的M.卡拉斯等人創立基體輔助雷射解吸電離質譜法，將待測物質與小分子基體混合後置於離子源中的樣品室中。基體對雷射輻射有較強的吸收並被激發，而待測物質對雷射輻射很弱，被激發的基體分子釋放熱能，使其他基體和待測物質蒸發進入氣相，同時基體在待測物質離子化過程中還可引起質子化或去質子化作用，從而降低了分子間作用力。該法在生物大分子測定和蛋白組學研究中發揮重要作用。
