拉曼光谱分析技术.ppt
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拉曼光谱分析技术 3 激光拉曼光谱仪 激光拉曼光谱仪示意图 3.1 仪器组成 激光拉曼光谱仪主要由光源、外光路系统、色散系统、接收系统和检测记录系统五大部分组成。 3 激光拉曼光谱仪 光源 它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。目前拉曼光谱实验的光源己全部用激光器代替历史上使用的汞灯。对常规的拉曼光谱实验,常见的气体激光器基本上可以满足实验的需要,常用氩离子激光器。最常用的两条激发线的波长分别为 514.5 nm和 488.0 nm。 外光路系统 外光路部分包括聚光、集光、样品架.滤光和偏振等部件。 (1) 聚光:用一块或二块焦距合适的汇聚透镜,使样品处于汇聚激光束的中部,以提高样品光的辐照功率,可使样品在单位面积上辐照功率比不用透镜汇聚前增强105倍。 (2) 集光:常用透镜组或反射凹面镜作散射光的收集镜。通常是由相对孔径数值在1左右的透镜组成。为了更多地收集散射光,对某些实验样品可在集光镜对面和照明光传播方向上加反射镜。 (3) 样品架:样品架的设计要保证使照明最有效和杂散光最少,尤其要避免入射光进入光谱仪的入射狭缝。 (4) 滤光:安置滤光部件的主要目的是为了抑制杂散光以提高拉曼散射的信噪比。 (5) 偏振:做偏振谱测量时,必须在外光路中插入偏振元件。加入偏振旋转器可以改变入射光的偏振方向。 色散系统 色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开,通常使用单色仪。主要作用是减少杂散光对测量的干扰,之后进入光电倍增管。 单色仪是拉曼光谱仪的心脏,要求环境清洁,灰尘对单色仪的光学元件镜面的玷污是严重的,必要时要用洗耳球吹拂去镜面上的灰尘,但切忌用粗糙的滤纸或布抹擦,以免划破光学镀膜。 接收系统 拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。 光电倍增管接收属于单通道接收。 检测记录系统 为了提取拉曼散射信息,常用的电子学处理方法是直流放大、选频和光子计数,然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。 3.2 激光拉曼光谱仪 激光光源:He-Ne激光器,波长632.8nm Ar激光器, 波长514.5nm, 488.0nm; 散射强度?1/?4 单色器: 光栅,多单色器; 检测器: 光电倍增管, 光子计数器; 3.3 傅立叶变换-拉曼光谱仪 FT-Raman spectroscopy 光源:Nd-YAG(钕-钇铝石榴石)激光器; 检测器:高灵敏度的铟镓砷探头; 特点: (1)避免了荧光干扰; (2)精度高; (3)消除了瑞利谱线; (4)测量速度快。 拉曼光谱分析技术 4 拉曼光谱技术的应用和发展 4.1 拉曼光谱的应用 拉曼光谱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,其信号来源于分子的振动和转动。拉曼光谱的分析方向有以下三方面。 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。 4 拉曼光谱技术的应用和发展 水果表面残留农药的监测 从不同种类的水果表面得到的拉曼光谱可以看出,除了水果原本的拉曼峰外,农药的残留能清晰地显示出来,这表明这一方法是灵敏而适用的。定量地分析农药残留可以从农药特征谱线和水果特征谱线的相对强度比获得。 生物分子鉴定 拉曼光谱法对于蛋白质中的酪胺酸可以侦测出它是埋藏在内或暴露于外。如果酪胺酸是被埋藏在内部,则它可做为强的氢键供给者(即提供氢原子给邻近的氢键接受者)。此时拉曼光谱850cm-1/830cm-1的比值为0.5,即830cm-1的光谱峰较高。反之,若酪胺酸暴露在蛋白质外部,则比值将升高,亦即850cm-1的光谱峰较高。 海洛因 罂粟碱 如果毒品中混有其他白色粉末,怎么办? 毒品成分鉴定 奶粉与洗衣粉的拉曼光谱图 从图中可以明显的的看出来与毒品的光谱图形状不一样 4.2 拉曼光谱的发展 共振拉曼效应 (ResonanceRaman ,RR) 拉曼效应问题:信号太弱 表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman spectroscopy ,SERS) 以频率能激发电子至激发态的入射光去激发一个化合物,此时部分的拉曼谱线强度会加强,这是分子能阶的电子转移与振动耦合的结果,称为共振拉曼散射。 SERS与粗糙的表面有关, 具有极高的检测表面物种的灵敏度, 可以用于研究分子水平的信息 共振拉曼光谱RRS 激发频率等于或接近电子吸收带频率时共振 拉曼强度增至百万倍,高灵敏度,宜定量 共振,高选择性 可调染料激光器 表面增强拉曼光谱SERS 试样吸附
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