【干货】拉曼测试你必须知道的几件事

2018年11月16日14:48:30 发表评论 1,751 views



拉曼光谱(Raman Spectra),是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应,对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息,并应用于分子结构研究的一种分析方法拉曼光谱可以提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析,它无需样品准备,样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。

拉曼光谱仪一般由一下五个部分组成:

  • 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。在某些拉曼光谱实验中要求入射光的强度稳定,这就要求激光器的输出功率稳定。

  • 外光路

外光路部分包括聚光、集光、样品架.滤光和偏振等部件。

  • 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。由于拉曼散射强度很弱,因而要求拉曼光谱仪有很好的杂散光水平。各种光学部件的缺陷,尤其是光栅的缺陷,是仪器杂散光的主要来源。当仪器的杂散光本领小于10-4时,只能作气体、透明液体和透明晶体的拉曼光谱。

  • 接受系统

拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。光电倍增管接收就是单通道接收。

  • 信息处理

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。

拉曼光谱的应用

1.  同种分非极性键S-SC=CN=NC≡C表现拉曼谱带强,谱带强度:单键<双键<三键;C=NC=SS-H拉曼谱带强,X=Y=ZC=N=CO=C=O对称伸缩为强谱带,红外中表现相反。

2. C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带;环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。醇和烷烃的拉曼光谱是相似的:(1)、C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别;(2)、羟基和甲基的质量仅相差2单位;(3)、与C-H和N-H谱带比较,O-H拉曼谱带较弱。

3. 用通常的拉曼光谱可以进行半导体、陶瓷等无机材料的分析:如剩余应力分析、晶体结构解析等。拉曼光谱还是合成高分子、生物大分子分析的重要手段。如分子取向、蛋白质的巯基、卟啉环等的分析。

关于拉曼检测的一些问题:

  1. 请问激光拉曼光谱和红外光谱有什么区别?
  • 1) 象形的解释一下,红外光谱是“凹”,拉曼光谱是“凸”。两者两者互为补充。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。
  • 2) 拉曼是一个差分光谱。
  • 3) 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。
  • 4) IR很容易测量,而且信号很好,而拉曼的信号很弱。
  • 5) 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。当然了还有很多不同的地方,比如制样方面的,IR有时候相对比较的复杂,耗时间,而且可能会损坏样品,但是拉曼并不存在这些问题。
  • 6) 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。

 

  1. 粉末样品的raman如何操作?
  • 1) 很多都是有专用封闭式样品室,可以直接放置在里面对粉末样做检测的
  • 2) 粉末样品可以试着压片后进行测量,或是按你那方法,但是样品尽量厚一些,避免样品信号受下面背景影响。

 

  1. 请问做raman时液体样品要怎么封?样品只能密封起来测,用玻璃毛细管据说不行 ,请问该怎么办?
  • 1) 用紫外可见的池子来测试。有一个teflon盖子。
  • 2) 拉曼对样品的前处理要求不是太高,只要液体不挥发就好,一般试剂瓶就可以.关键是光的影响.你可以自己作一个暗盒把试计瓶放在暗盒里进行实验
  • 3) 酒精灯烧一下就可以了。
  • 4) 毛细管即可,两头火机封住。

 

  1. 测试了一些样品,得到的是Raman shift,但是文献是wavenumber,不知道它们之间的转换公式是怎么样的?

两者是一回事。Raman shift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。所以通常在Raman谱中,wavenumber一般可理解为Raman shift。

 

  1. 为什么金属没有Raman峰?

拉曼光谱是分子光谱,而金属都是原子结构的,所以金属没有拉曼光谱。

 

  1. 从拉曼谱线中可以得到什么信息?

拉曼频率的确认——物质的组成

拉曼峰位的变化——物质的张力/应力

拉曼偏振——晶体对称性和取向

拉曼峰宽——晶体质量

拉曼峰强度——物质总量

 

  1. 请教拉曼谱实验时,如何选择激发波长,1064nm?还是785nm或633nm?

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。

 

  1. 一般来说分析一次样品(气体或固体)的时间是多长?

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。

 

  1. 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?

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,当然还需要校正峰位。

 

  1. 用激光粒度仪做固体样品时,应该怎样制备样品?
  • 1) 为使颗粒处于单体状态,在进行粒度测试前要对样品进行分散处理。分散的方法有润湿、搅拌、超声波振动、分散剂等,有时这些方法往往同时使用。
  • 2) 我们现在是用的磁力搅拌加分散剂的方法。发现测大颗粒的时候搅拌时间过长会影响粒径的大小。测出的结果偏小了
  • 3) 干样如果采用湿法分散测量粒度的话需要将样品放入装有溶剂(一般是水)的分散池中通过搅拌、超声等方式分散。而干样如果采用干法分散测量粒度的话可通过干法分散系统直接测量

 

  1. 拉曼光是激光作用到样品上立即产生的?还是经过一段延迟时间后产生的?

不是立即产生的,大概有一个飞秒(ps)级别的延迟.因为按照Raman产生的机理,入射光子与分子作用后,分子被激发并且形成一个短寿命的虚拟态,这个状态是不稳定的,光子很快重新发射。

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