雷射拉曼光譜

光譜簡介

定義：拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射後所產生的散射，散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關係的分析方法。與紅外光譜類似，拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是，前者與分子振動時偶極矩變化相關，而拉曼效應則是分子極化率改變的結果，被測量的是非彈性的散射輻。

原理

一定波長的電磁波作用於被研究物質的分子，引起分子相應能級的躍遷，產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜，其波長位於紫外～可見光區，故稱紫外－可見光譜。電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜，振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。拉曼散射光譜是分子的振動－轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉動能級的躍遷，得到純轉動光譜。

優點

拉曼光譜的優點在於它的快速，準確，測量時通常不破壞樣品（固體，半固體，液體或氣體），樣品製備簡單甚至不需樣品製備。譜帶信號通常處在可見或近紅外光範圍，可以有效地和光纖聯用。這也意味著譜帶信號可以從包封在任何對雷射透明的介質，如玻璃，塑膠內，或將樣品溶於水中獲得。現代拉曼光譜儀使用簡單，分析速度快（幾秒到幾分鐘），性能可靠。因此，拉曼光譜與其他分析技術聯用比其他光譜聯用技術從某種意義上說更加簡便（可以使用單變數和多變數方法以及校準。

特殊拉曼光譜

除常規的拉曼光譜外，還有一些較為特殊的拉曼技術。它們是共振拉曼，表面增強拉曼光譜，拉曼旋光，相關-反斯托克拉曼光譜，拉曼增益或減失光譜以及超拉曼光譜等。其中，在藥物分析套用相對較多的是共振拉曼和表面增強拉曼光譜法。

共振拉曼光譜法

當雷射頻率接近或等於分子的電子躍遷頻率時，可引起強列的吸收或共振，導致分子的某些拉曼譜帶強度急劇增強數百萬倍，這就是共振拉曼效應。

表面增強拉曼光譜（SERS)

SERS現象主要由金屬表面基質受激而使局部電磁場增強所引起。效應的強弱取決於與光波長相對應的表面粗糙度大小，以及和波長相關的複雜的金屬電介質作用的程度。

定性定量測定

定性鑑別

拉曼光譜可提供任何分子中官能基團的結構信息。因此可用來鑑別試驗和結構解析。多晶現象可以參照紅外的處理。

定量測定

拉曼譜帶的強度與待測物濃度的關係遵守比爾定律： I V = KLCI 0 其中I V是給定波長處的峰強，K代表儀器和樣品的參數，L是光路長度，C是樣品中特定組分的摩爾濃度，I 0是雷射強度。實際工作中，光路長度被更準確的描述為樣品體積，這是一種描述雷射聚焦和採集光學的儀器變數。上述等式是拉曼定量套用的基礎。

影響因素

最主要的干擾因素是螢光、樣品的熱效應和基質或樣品自身的吸收。在拉曼光譜中，螢光干擾表現為一個典型的傾斜寬背景。因此，螢光對定量的影響主要為基線的偏離和信噪比下降，螢光的波長和強度取決於螢光物質的種類和濃度。與拉曼散射相比，螢光通常是一種量子效率更高的過程，甚至很少量不純物質的螢光也可以導致顯著的拉曼信號降低。使用更長的波長例如785nm或1064nm的激發光可使螢光顯著減弱。然而，拉曼信號的強度與λ-4成比例，λ是激發波長。通過平衡螢光干擾、信號強度和檢測器回響可獲得最佳信噪比。測量前將樣品用雷射照射一定時間，固態物質的螢光也可得以減弱。這個過程被稱為光致漂白，是通過降解高吸收物質來實現的。光致漂白作用在液體中並不明顯，可能是由於液體樣品流動性，或螢光物質不是痕量。