拉曼光譜儀在各領(lǐng)域的重要應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù):2771 更新時(shí)間:2017-12-29
拉曼光譜儀是研究分子振動的一種光譜方法,它的原理和機(jī)制都與紅外光譜不同,但它提供的結(jié)構(gòu)信息卻是類似的,都是關(guān)于分子內(nèi)部各種簡正振動頻率及有關(guān)振動能級的情況,*的拉曼光譜儀可以用來鑒定分子中存在的官能團(tuán)。拉曼光譜技術(shù)已被成功地應(yīng)用于寶石學(xué)研究和寶石鑒定領(lǐng)域。除了鑒別寶石,拉曼光譜儀還有那些方面的用途?
1、拉曼光譜儀在高分子材料中的應(yīng)用
拉曼光譜儀可提供聚合物材料結(jié)構(gòu)方面的許多重要信息。如分子結(jié)構(gòu)與組成、立體規(guī)整性、結(jié)晶與去向、分子相互作用,以及表面和界面的結(jié)構(gòu)等。從拉曼峰的寬度可以表征高分子材料的立體化學(xué)純度。如無規(guī)立場試樣或結(jié)構(gòu)混雜的樣品,拉曼峰是弱而寬;而高度有序樣品具有強(qiáng)而尖銳的拉曼峰。研究內(nèi)容包括:高分子取向研究:高分子鏈的各向異性必然帶來對光散射的各向異性,測量分子的拉曼退偏比可以得到分子構(gòu)型或構(gòu)象等方面的重要信息。聚合物共混物的相容性以及分子相互作用研究。
2、拉曼光譜儀在材料科學(xué)研究中的應(yīng)用
拉曼光譜儀在材料科學(xué)中是物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的有力工具,包括:拉曼光譜已成CVD化學(xué)氣相沉積法)制備薄膜的檢測和鑒定手段。拉曼可以研究單、多、微和非晶硅結(jié)構(gòu)以及硼化非晶硅、氫化非晶硅、金剛石、類金剛石等層狀薄膜的結(jié)構(gòu)。超晶格材料研究:可通過測量超晶格中的應(yīng)變層的拉曼頻移計(jì)算出應(yīng)變層的應(yīng)力,根據(jù)拉曼峰的對稱性,知道晶格的完整性。還可測出半磁半導(dǎo)體的組分,外延層的質(zhì)量,外延層混品的組分載流子濃度。
3、拉曼光譜儀在寶石研究
1)拉曼光譜在寶石包裹體研究中的應(yīng)用
拉曼光譜儀可以用于寶石包裹體化學(xué)成分的定性、定量檢測,利用拉曼光譜技術(shù)研究礦物內(nèi)的包裹體特征,可以獲得有關(guān)寶石礦物的成因及產(chǎn)地的信息。共焦顯微拉曼光譜技術(shù)有很好的空間分辨率,從而可以獲得界面過程中物種分子變化情況、相應(yīng)的物種分布、物種分子在界面不同區(qū)域的吸附取向等。
2)珠寶玉石檢測行業(yè)中的應(yīng)用
拉曼顯微鏡的共聚焦設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)在不破壞樣品的情況下對樣品進(jìn)行不同深度的探測而同時(shí)*排除其他深度樣品的干擾信息,從而獲得不同深度樣品的真實(shí)信息,拉曼光譜儀在分析多層材料時(shí)相當(dāng)有用。
3)拉曼光譜在寶石鑒定中的應(yīng)用
拉曼光譜儀測試的微區(qū)可達(dá)幾微米,在寶石鑒定中具有明顯的優(yōu)勢,能夠探測寶石及其微小的雜質(zhì)、顯微內(nèi)含物和人工摻雜物,且能滿足寶石鑒定所必須的無損、快速的要求。拉曼光譜技術(shù)可以準(zhǔn)確地鑒定寶石內(nèi)部的包裹體,提供寶石的成因及產(chǎn)地信息,并且可以有效、快速、無損和準(zhǔn)確地鑒定寶石的類別;
4、拉曼光譜在生物學(xué)研究中的應(yīng)用
拉曼光譜是研究生物大分子的有力手段,由于水的拉曼光譜很弱、譜圖又很簡單,故拉曼光譜可以在接近自然狀態(tài)、活性狀態(tài)下來研究生物大分子的結(jié)構(gòu)及其變化。
生物大分子的拉曼光譜可以同時(shí)得到許多寶貴的信息:
1)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu):α-螺旋、β-折疊、無規(guī)卷曲及β-回轉(zhuǎn);
2)蛋白質(zhì)主鏈構(gòu)像:酰胺Ⅰ、Ⅲ,C-C、C-N伸縮振動;
3)蛋白質(zhì)側(cè)鏈構(gòu)像:苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的側(cè)鏈和后二者的構(gòu)像及存在形式隨其微環(huán)境的變化;
4)對構(gòu)像變化敏感的羧基、巰基、S-S、C-S構(gòu)像變化;
5)研究脂類和生物膜的相互作用、結(jié)構(gòu)、組分等;
6)DNA分子結(jié)構(gòu)以及和DNA與其他分子間的作用;
7)生物膜的脂肪酸碳?xì)滏溞D(zhuǎn)異構(gòu)現(xiàn)象;
8)對生物膜中蛋白質(zhì)與脂質(zhì)相互作用提供重要信息。
5、拉曼光譜在中草藥研究中的應(yīng)用
各種中草藥因所含化學(xué)成分的不同而反映出拉曼光譜的差異,拉曼光譜在中草藥研究中的應(yīng)用包括:
1)中草藥的穩(wěn)定性研究
利用拉曼光譜動態(tài)跟蹤中草藥的變質(zhì)過程,這對中草藥的穩(wěn)定性預(yù)測、監(jiān)控藥材的質(zhì)量具有直接的指導(dǎo)作用。
2)中草藥的無損鑒別
由于拉曼光譜分析,無需破壞樣品,因此能對中草藥樣品進(jìn)行無損鑒別,這對名貴中中草藥的研究特別重要。
3)中草藥化學(xué)成分分析
薄層色譜(TLC)能對中草藥進(jìn)行有效分離但無法獲得各組份化合物的結(jié)構(gòu)信息,而表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)具有峰形窄、靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點(diǎn),可對中草藥化學(xué)成分進(jìn)行高靈敏度的檢測。利用TLC的分離技術(shù)和SERS的指紋性鑒定結(jié)合,是一種在TLC原位分析中草藥成分的新方法。
4)中藥的優(yōu)化
對于中草藥及中成藥和復(fù)方這一復(fù)雜的混合物體系,不需任何成分分離提取直接與細(xì)菌和細(xì)胞作用,利用拉曼光譜無損采集細(xì)菌和細(xì)胞的光譜圖,觀察細(xì)菌和細(xì)胞的損傷程度,研究其藥理作用,并進(jìn)行中藥材、中成藥和方劑的優(yōu)化研究。
綜上所述,拉曼光譜儀多是利用偏振特性,除了在高分子材料等的研究中,拉曼光譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域還包括在無機(jī)化合物中金屬離子和配位體間的共價(jià)鍵常具有拉曼活性。另外,許多無機(jī)化合物具有多種晶型結(jié)構(gòu),它們具有不同的拉曼活性。因此,用拉曼光譜能測定和鑒別紅外光譜無法完成的無機(jī)化合物的晶型結(jié)構(gòu)。