拉曼光谱指南
拉曼光谱入门系列
我们的拉曼专家严迪博士创作了拉曼光谱入门系列课程，以深入浅出的方式为初学者阐述拉曼光谱法。在微信视频号，抖音，或哔哩哔哩B站频道搜索”布鲁克光谱“关注我们，不要错过精彩更新！
什么是拉曼光谱？
拉曼光谱的基本原理
拉曼光谱属于振动光谱的范畴。这是指它通过光激发分子运动，然后解释这种相互作用，从而对样品进行化学分析。
它是基于当物质被单色光源照射时发生的光的非弹性散射。在单色光与样品相互作用后，其中一小部分单色光波长发生了改变。
这就是拉曼效应。我们现在可以收集这些光信号，并利用它获得有关样品的信息。
拉曼效应
当光子（光）“撞击”物质时，大部分散射光的波长保持不变。例如，如果你用绿色激光笔指向一堵墙，你总是会看到一个绿点。散射光的颜色明显没有发生改变，这种现象称为瑞利散射。
然而，也可能发生非弹性散射过程，从而导致发射不同波长的光。这通常与分子振动有关。这种散射现象被称为拉曼效应，它是由阿道夫·斯梅卡尔于1923年预言并由C.V.Raman于1930年发现的。
利用拉曼效应进行光谱分析
发现并理解拉曼效应为一种新的光谱学打开了大门。然而，只有随着激光的发现，拉曼光谱才真正扎根，因为如上所述，拉曼光谱需要单色光。
因此，用激光照射样品，并用光谱仪（色散或傅里叶转换技术）分析部分散射光。最后我们得到了一张拉曼光谱，它显示了我们所研究的材料的特征信号或“谱带”。
拉曼光谱是如何工作的？
令人惊讶的是，生产一台拉曼光谱仪其实很简单！如果你看看YouTube，你甚至会发现许多DIY视频，它将向你展示如何设置一个非常基础的实验来获取光谱数据。这就是为什么你会发现几乎任何形式的拉曼光谱仪：手持拉曼、显微拉曼和在线拉曼光谱仪。
要获得拉曼光谱，你只需要把激光聚焦在你想研究的样品上。但是，该样品在用于激发的激光下不能产生荧光。如果样品产生荧光的话，荧光将掩盖大部分拉曼效应，因为与荧光信号相比，拉曼信号显得十分微弱。
激光照射样品后，散射光通过滤光片（以去除激发激光中的任何光）。然后散射光被导入到一个光栅上，光栅像棱镜一样将非弹性散射光按波长进行分布。最后这些光线被导入到一个CCD传感器，然后根据强度生成一张光谱。
拉曼光谱的作用
一开始我们提到拉曼光谱包含某些“谱带”或信号。这些“谱带”或信号对于某些官能团和物质是独一无二的。它们不仅提供了物质化学成分的信息，也提供了结晶度、多态性或压力和温度变化的信息。
在材料研究、新药开发以及任何需要进行纳米级化学微区分析的地方，拉曼光谱都是一种强有力的分析手段。没错，拉曼光谱可以分析小至0.5微米（500纳米）的样品。此时，只需要添加一个共焦拉曼显微镜。
显微拉曼光谱仪
通常，拉曼光谱仪中使用的激光器的波长都在可见光范围内，这意味着它可以轻易地通过用于取样载玻片或显微镜透镜的玻璃。因此，将拉曼光谱仪集成到标准显微镜的光学系统中是切实可行的。
事实上，通常显微拉曼光谱仪比经典的台式拉曼光谱仪更受青睐，因为它提供了一种“对准-测试”的测试方式，而且不需要大量额外的样品制备过程。样品（例如石墨烯纤维）放在物镜下，用显微镜对准并直接分析。
简单地说，显微拉曼光谱仪是一种基于激光的显微设备，用于进行拉曼光谱分析。就布鲁克公司而言，显微拉曼光谱仪和成像技术是核心技术，这就是我们之所以专门为它设立了一个专用的网站。
关于拉曼光谱的常见问题
什么是拉曼光谱？
拉曼光谱基于光与物质化学键的相互作用。其中包含化学结构、多晶型、结晶度和分子动力学的详细信息。
拉曼光谱提供了什么信息?
拉曼光谱就像化学指纹，可以清楚地判别出分子或材料。就像人类的指纹一样，它可以与参考谱库进行比较，以快速判别材料或将其与其他材料区分开来。这样的拉曼光谱库通常包含数百张光谱，通过与样品的光谱进行比较来判别被分析物质。
拉曼光谱可以就以下方面对样品进行研究：
- 化学成分和性质
- 结晶度和多晶型
- 污染和缺陷
- 受热和受力状况
拉曼光谱对样品有要求吗？
拉曼光谱是一种通用的测样技术，因此对无机和有机材料都可进行测试。但是，由于拉曼效应非常微弱，所以其他光谱效应和某些材料性质可能会产生严重干扰。
如果样品产生荧光，那么就得不到好的拉曼光谱信号。但是，如果切换到近红外（NIR）激光器并结合傅里叶拉曼技术则是一个消除荧光干扰的可行的方案。另一个更重要的问题是强吸收（例如黑色）样品，例如碳填充聚合物。
获得一张拉曼光谱所需要的时间
拉曼测量所需的时间取决于几个因素，例如所需的光谱质量、样品性质，当然还有所用的拉曼光谱仪。通常情况下，可以在几秒钟内获得一张高质量的拉曼光谱。
拉曼光谱的应用领域
拉曼光谱可用于所有需要无损（显微）化学分析和成像分析的领域。它能提供定性和定量分析的解决方案。
总的来说，拉曼光谱易于使用，能迅速提供表征样品化学成分和结构的重要信息。基本上，无论样品是固态的、液态的还是气态都可以测试。
以下是拉曼光谱的一些应用领域：
- 制药
- 地质和矿物学
- 半导体
- 材料研究
- 生命科学
