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TMRM坛墨金虫 (正式写手)
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这台仪器以发明他的印度科学家命名，你知道吗？已有1人参与
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激光拉曼光谱仪（RAMAN）通常称为拉曼光谱仪，是一个集合了激光光谱学、精密机械和微电子系统的综合测量体系。其最终结果是获得散射介质在一定方向上具有一定偏振态的散射光强随频率分布的谱图。 今天小谱就其发展史、检测原理、结构等和大家进行探讨，一文把拉曼光谱仪讲通透。 （如果读完文章您觉得还有哪些想听的知识点小谱没有讲到，亦或是觉得小谱文章中有哪些观点您不太认同，欢迎您积极留言。) 01 “拉曼光谱仪”的诞生和发展 1928年，40岁的印度物理学家拉曼（C.V.Raman）用水银灯照射苯液体,发现了拉曼效应，1930年拉曼因此获得诺贝尔奖。拉曼同年，苏联的兰茨堡格和曼德尔斯塔也在石英中发现了类似的现象, 称之为“并合散射”。 图片 图片 1、拉曼（C.V.Raman） 2、研究太阳光对苯的散射现象时“意外”发现 图片 拉曼发明的拉曼光谱仪 20世纪50年代，拉曼光谱只是物理学上的振动光谱研究和教学上的示范。 20世纪30-60年代，拉曼散射的研究处于一个低潮时期。 1960年，红宝石激光器的问世,以激光作为拉曼光谱仪的激发光源,使它克服了以前的缺点,提高了检测的灵敏度。使激光拉曼光谱的获得新的起点，商品化拉曼光谱仪开始迅速发展。 20世纪30-60年代，拉傅里叶变换拉曼光谱技术出现，采用傅立叶变换技术对信号进行收集,多次累加来提高信噪比，并用1064mm的近红外激光照射样品,大大减弱了荧光背景。 20世纪70年代中期，拉激光拉曼探针出现，给微区分析注入活力。 20世纪80年代以来，拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪相继出现，这套器材采用了凹陷滤波器用来过滤掉激发光，起到抑制杂散光的作用，因而不需要采用双联单色器乃至更高的三联单色器，只需要采用单一的单色器，就能大大提高光源的效率，这样不但降低了入射光的功率，而且大大提高了灵敏度。 02 “拉曼光谱仪”的原理和结构 拉曼光谱仪的原理 激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不仅改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。 对于拉曼散射的基本原理拉曼散射的基本原理对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E，反映了指定能级的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论基础。 图片 拉曼散射的基本原理 拉曼光谱仪的主要部件 激光拉曼光谱仪的主要部件有：激光光源、样品池、单色器、光电检测器、记录仪和计算机。 激光光源：多用连续式气体激发器，有主要波长为632.8nm的He-Ne激光器和主要波长为514.5nm和488.0nm的Ar离子激光器。 样品池：常用微量毛细管以及常量的液体池、气体池和压片样品架等。 单色器：激光拉曼光谱仪的心脏，可以最大限度地降低杂散光且色散性能好。常用光栅分光，并采用双单色器以增强效果。 检测系统：对于可见光谱区的拉曼散射光，可用光电倍增管作为检测器。以光子计数器进行检测，它的测量范围可达几个数量级。 图片 激光拉曼光谱仪示意图 以上内容来自“百度百科” 03 “拉曼光谱仪”的应用 拉曼光谱技术已广泛应用于医药、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域。近年来该技术在细胞和组织的癌变方面的检测也取得了很大的进展。随着激光技术的发展和检测装置的改进 ，拉曼光谱技术在当代工业生产和科学研究中必将得到越来越广泛的应用。以下是部分常见应用领域： 拉曼光谱在考古研究中应用 对古代青铜器的腐蚀产物进行分析研究，有利于我们认识古代各国的合金技术及处理工艺，研究其腐蚀机理，从而探讨古青铜器的保护方案。与传统的鉴别方法如电镜、X光衍射等分析方法相比较，拉曼光谱被证实是对金属器物做无损检测的一种非常有效的方法。 文物中颜料鉴定的目的是为了获得历史、艺术和技术信息。大多颜料由于受环境和气候的影响而发生了退化脱落，甚至有些 新出土文物的颜料非常潮湿，同时有些颜料是混合颜料或多个颜料层叠加，这给颜料的分析带来了困难。拉曼光谱作为现代技术对 古颜料进行分析研究，是以光子为探针，可进行原位的无损检测，同时它对样品的结构和成分极为敏感，就像人的指纹一样 ，各种物质的拉曼谱都有自己的特征，因而成为一种十分有利的无损检 测手段。 古陶器胎体及釉面的矿物组成和成分分析的研究 ，对于鉴定古陶器的产地、年代 ，研究古陶器的烧结工艺技术及发展过程有 着重要的意义。显微拉曼光谱技术采用低功率激光器 ，先进的滤 光技术及高效的 CCD 技术 ，具有检测灵敏度高、时间短、样品无需制备等特点 ，且可对被测样品进行非接触性 ，非破坏性的测试 , 快速而准确地实现古陶器的微区组成分析及矿物检定 ，对进一步研究分析古陶器产地、特征、研究烧结工艺技术等有一定的意义。 拉曼光谱技术在医学研究中的应用 癌症是人类健康最大敌人，几乎人体的所有器官都能发生癌症，全球每年约有万人被癌症夺去生命。因此，早期诊断对于提 高病人的生存几率显得尤为重要。拉曼光谱可以在分子水平上揭癌细胞组织结构与正常细胞组织结构之间的差异，通过一定数量癌变的和正常的器官组织的拉曼光谱的对比研究，从二者差异应能找出反映改变的特征标志光谱。拉曼光谱可以对生物材料样品进行测定而不会改变样品的性状，为此应用这项技术对动物组 织和细胞进行研究可用于医学诊断为癌症诊断和机理分析提供重要的信息和数据。这对于癌症的诊断具有重要的临床意义。 拉曼光谱技术在林业中的应用 林木种子的优劣是造林的关键，选用良种是培育壮苗和林木速生、丰产、优质的重要措施。在选种时，先从遗传品质优良的采种母树上采集种子，将种子抛光，能够看到胚、胚乳、白色的 糊粉层，在拉曼光谱仪下对种子胚中蛋白质的含量、胚乳中脂类的含量以及碳水化合物的含量与分布进行测定 ，分析其发芽能力、判断其质量优劣，评定其利用价值，使育苗和播种的风险减少到 最低程度。 在经济植物和药用植物的开发利用过程中，常常要检测不同产地、不同部位有效成分的含量和质量，以提高效用和经济价值。拉曼光谱法相比传统的中草药鉴别方法，更直接、快速 , 不破坏样品的原性质且更准确，也更具科学性。 用拉曼光谱仪可以测定木材的纤维素、半纤维素和木质素、金属、SiO2等物质的含量和玻璃化温度，从而对木材材性进行量化分析。为了改善或改变木材的物理、力学、化学性质和构造特征，目前出现了木材碳化技术和木材改性技术。对经过改性处理的木材进行微结构特征拉曼光谱分析，并和改性前各项指标进行对照， 以确定最佳改性工艺，导向最佳材性，发挥普通木材的最好效益。 拉曼光谱技术在石油化工行业的应用 图片 关于拉曼光谱技术在石油化工行业的应用研究报道比较少，主要集中于国外研究，国内鲜有报道。但涉及的领域基本覆盖了石油化工P各H领域见表一，包括烃族组成分析、燃料质量指标检测、输油管线油品混油监控和油品在线调和。 拉曼光谱技术在物证鉴定中的应用 拉曼光谱技术无损样品的优越性使其可广泛应用于各类理化物证的鉴定中。目前，国内相关报道主要集中在利用显微拉曼光谱技术分析油墨、纸张、爆炸物、射击残留物、纤维、玻璃、泥土、涂料以及汽油、化妆品等。 DNA是生物遗传信息的载体 , 是生物遗传的物质基础。随着研究工作的深入 , 许多问题更需要在分子水平上去研究。药物、温度、紫外线、酸度、γ 射线等对 DNA 的损伤和影响 , 通过对作用前后的拉曼光谱分析，可以获知 DNA 的脱氧核糖、碱基和整个骨架的转动和振动以及空间构型变化等重要信息。 以上内容引自基础科学杂志刊登的 杨永梅《拉曼光谱技术应用的综述》 04 “拉曼光谱仪”的分类 拉曼光谱仪的分类 拉曼光谱是一个“大家庭”，通常分为实验室台式拉曼光谱和手持/便携式拉曼光谱。 另外还有以下这种分类方法： 表面增强拉曼 通常以金或银的胶体或者基板上附着金或银的纳米粒子。金或银粒子的表面等离子共振由雷射所激发，其结果产生增强金属表面的电场。拉曼讯号的强度与电场成比例关系，因而增强了拉曼讯号(~1011)。 共振拉曼光谱 当分子或晶格的激发光源的频率与电子跃迁之频率极相接近时，其一些振动模式之强度将大幅增加，此现象称之共振拉曼效应。 表面增强共振拉曼光谱 一个结合共振拉曼光谱现象和接近表面增强拉曼强度的技术，且激发光源的频率极相接近于被分析的分子的最大吸收。 自发性拉曼光谱 分子的拉曼光谱与温的之间关系现象。 光学钳拉曼光谱 空间补偿拉曼光谱 拉曼散射收集从侧面的区域补偿离开雷射激发光点，导致表面的讯号贡献比传统的拉曼光谱弱。 同调anti-Stokes拉曼光谱 利用两激光产生同调的anti-Stokes频率谱线，借此可以增加共振。 拉曼光学活性 分子的振动的光学活性，意指对掌异构物的左旋和右旋的偏极特性所造成的拉曼散射微小不同的强度。 受激拉曼增益光谱 做同调拉曼散射时，试样同时受两雷射之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωS之增益为测度。 逆拉曼光谱 做同调拉曼散射时，试样同时受两雷射之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωL之减损为测度。 针尖增强拉曼光谱 利用银或金的针去增强分子的拉曼讯号，其空间的分辨率近乎于针尖的大小(20-30 nm)。TERS可以敏感地显示出单一分子的振动能阶。 05 “拉曼光谱仪”的注意事项 以某品牌拉曼光谱仪为例 (1)激发光使用Z好预热一下，拉曼光谱仪的话还要注意拉曼探头端面的清洁，如果窗口片脏掉的话会影响测试效果了。 (2)在打开拉曼光谱仪之前，先把拉曼探头的盖子打开且探头禁止对着人。 (3)使用拉曼光谱仪的时候尽量带上防护眼镜，无论是否佩戴防护眼镜，禁止直视打开的拉曼探头。 (4)操作****软件时不要太快和频繁，如：扫描背景时，1-2秒后再点击运行按钮。 (5)如需在激光器常亮模式下进行自定义测量时，请固定探头，以免发生意外，同时尽量避免激光器处于常亮的状态。 (6)数据处理操作时，须着重指出的是，在验证分析试样的时间，也要激发接近含量的标钢，以便证明仪器是在正常的工作。数据的选择和取舍要稳重，要考虑多方面的因素，如铁值的变化，其它元素的变化，插入铝量，激发斑点、激发声音等，有时需要重磨试样分析验证，有时候需要多次激发来验证。分析数据，一律以标钢含量为准，以控制标钢的正负偏差为准。每次新换氩气后，工作曲线必须重新标准化，当瓶内压力降到15个大气压时，需要更换新氩气;如果在工作过程中发现激发斑点呈白点状，也应另换一瓶新氩气。 (7)拉曼光谱仪使用完毕，盖好拉曼探头的保护盖子，妥善放。 (8)拉曼光谱仪使用结束后，先关闭激光器，断开光谱仪，关掉软件，让散热风扇再吹1-2分钟再关掉总电源。 06 “拉曼光谱仪”的使用原则 以某品牌拉曼光谱仪为例 拉曼光谱仪在使用的时候，对于环境是有一定的要求，不要在潮湿的环境下工作的，不能在太高温下操作工作，这样的理由是避免各类磁场的干扰，如此仪器分析的时候才能检测出更精确的精度。所以，大家在工作的时候要注意环境的适合度，很多时候仪器检测不标准跟环境还是有很大程度上的关系。 拉曼光谱仪对于操作人员也是要一定要求的，测试样品前一定要请仪器厂商的技术人员现场演示，并且对技术人员做操作前的培训。因为这款仪器是检测元素，那么一定会要做放样检测，所以，技术人员还需要做好防辐射。 对于检测的样品也要一些小要求，被测的物品表面必须光滑、整洁，如此才能避免其他元素的干扰被测物品的表面是有油污，或重金属污染，那么检测出来的结果精确度就没那么高，所有仪器都不是万能的。 如果长期不使用拉曼光谱仪时，请你将主电源开关关掉，将头座拔掉，并将室外机用包装物包好防止灰尘进入。并用中性清洁剂清洗空调过滤器。 在使用中严格按照操作规程来对仪器进行操作，在遇到故障时应首先咨询售后，仪器在送回维修中心前客户应仔细检查机器是否有物理性损坏。 文章by仪器信息网 如有侵权请联系笔者删除 更多标准物质请咨询坛墨质检标准物质中心 https://volctracer.com/w/NBeCQ9Ro |
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