一文詳解拉曼光譜，實驗數(shù)據(jù)精準把控！

用單色光照射試樣時，大部分的光會按原來的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開，產生散射光。在垂直方向觀察時，除了產生與入射光相同頻率（彈性散射）的瑞利散射外，還對稱分布著與入射光頻率不同（非彈性散射）的拉曼譜線。由于拉曼譜線的數(shù)目、頻率大小、譜線長度與試樣分子振動或轉動能級有關，因此，研究拉曼光譜可以得到有關分子振動或轉動的信息。目前拉曼光譜分析技術已廣泛應用于物質化學結構、相和形態(tài)、結晶度及分子相互作用的研究分析。

圖1 拉曼光譜原理

01 功能和應用

拉曼光譜分析技術是以拉曼效應為基礎建立起來的分子結構表征技術，其信號來源有分子的振動和轉動。拉曼光譜的分析方向有：

定性分析：不同的物質具有不同的特征光譜，因此可以通過光譜進行定性分析。

結構分析：對光譜譜帶的分析，是進行物質結構分析的基礎。

定量分析：根據(jù)物質對光譜的吸光度的特點，可以對物質的量有很好的分析能力。

圖2 拉曼光譜功能

?激發(fā)波長的選擇

?拉曼Mapping

拉曼成像可以得到樣品組分的分布，顆粒大??；樣品中結晶度的改變，相變；污染物顆粒大小和形狀；不同相的邊界組分的相互作用和混合；樣品的應力分布。

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圖3 雙顆粒石墨烯的拉曼成像圖和拉曼光譜圖(a.在石墨烯晶粒內；b.在兩個石墨烯晶粒之間的晶界上；c.在單個晶粒內的缺陷部位；d.在石墨烯的邊緣）

?表面增強拉曼

將待測分子吸附在納米金屬材料表面，可以大大增強拉曼散射強度，增強倍數(shù)取決于基底材料、形狀、尺寸、吸附量等；用于檢測低濃度以及單分子材料。

圖4 0.1mM的4-硝基噻吩添加和不添加金納米粒子的譜圖

?原位變溫拉曼

可測試溫度范圍-200~600 ℃；變溫拉曼可以得到隨溫度變化的樣品結構信息以及反應中間體的信息。

圖5 ZnO 陶瓷室溫拉曼譜圖(左)和103K、293K 、573K 的拉曼譜圖(右)

?原位電化學拉曼

原位電化學拉曼可用于電池、電催化和腐蝕等研究，如：充放電過程中電極材料的內部結構和相態(tài)轉變；電催化中間過程與反應機理研究；電化學腐蝕產物實時監(jiān)測。

圖6 鎳鐵基LDH（二維層狀雙氫氧化物）在不同電位的析氧反應過程中拉曼光譜對比及反應

?偏振拉曼

偏振拉曼可以提供分子取向和化學鍵振動對稱性的信息。

圖7 環(huán)己烷的拉曼光譜（532 nm）

02

樣品要求

①粉末樣品至少5 mg，且盡量保證均一、可壓制成片；

②液體樣品需10-15 mL，須注明毒性、腐蝕性和揮發(fā)性；

③塊體樣品需制備出一個較光滑的測試面（面積不小于1*1 mm）。

03

原始數(shù)據(jù)解析

?數(shù)據(jù)內容

通常會提供TXT數(shù)據(jù)，用于作圖后再進行分析。

?Origin處理拉曼數(shù)據(jù)

① 數(shù)據(jù)導入Origin作圖，根據(jù)需求進行平滑（分析-信號處理-平滑）和基線校準（分析-峰值及基線-峰值分析-減去基線-下一步-基線模式：用戶自定義-查找-下一步-下一步-減去-完成-用拉平基線后的數(shù)據(jù)作圖）；

② 峰擬合（分析-峰值及基線-多峰擬合：Gauss模型-雙擊峰頂端選擇峰-擬合）；

?LabSpec處理拉曼數(shù)據(jù)

① Labspec打開數(shù)據(jù)，平滑；

② 基線校準；

③ 尋峰，函數(shù)一般選擇高斯洛倫茲（自動尋峰后若有些峰沒有標注或有些不需要，可以手動添加或刪除）；

04

拉曼與紅外的區(qū)別

審核編輯：劉清