
拉曼光譜分析法是基于印度科學家C.V.拉曼(Raman)所發現的拉曼散射效應,對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息,并應用于分子結構研究的一種分析方法。
在很長的一段時間,由于拉曼與生俱來的缺點(信號弱)而限制了它的應用,但是隨著儀器技術的發展,儀器的靈敏度和分辨率不斷提高,體積減小了,操作也簡單了,同時儀器的價格也降低了,很多單位已經可以買的起了,用戶也越來越多。總體來說現在拉曼光譜儀已經向分析型儀器方向發展了,應用領域也由原來的材料領域,拓展到了化學、催化、刑偵、地質領域、藝術、生命科學等各個領域,甚至有一些QC領域也已經開始使用拉曼光譜儀了。
不過,我們同時也發現,由于當前拉曼光譜儀的用戶還不是很多,很多用戶拉曼光譜相關基礎較弱,在使用過程中總會遇到一些問題,如Ramanshift和wavenumber是一回事嗎?拉曼譜里面得到的熒光背景和熒光光譜儀里面的熒光圖區別在哪里?激光拉曼光譜和紅外光譜有什么區別?
為此,小編今天給大家分享一下拉曼光譜儀使用過程中的一些常見問題和解決方案,其中也包括了一些基礎的概念性問題幫助您更好的理解其中的原理,即使您是“門外漢”,看完這些對拉曼光譜也會有一個比較清楚的了解。
詳細內容如下:
一、測試了一些樣品,得到的是Ramanshift,但是文獻是wavenumber,不知道它們之間的轉換公式是怎么樣的?激光波長632.8nm。
1. 兩者是一回事。ramanshift即為拉曼位移或拉曼頻移,頻率的增加或減小常用波數差表示,拉曼光譜儀得到的譜圖橫坐標就是波數wavenumber,單位cm-1。
2.兩者一回事。
拉曼頻移ramanshift指頻率差,但通常用波數wavenumber表示,單位cm-1,可以說某個譜峰拉曼位移是??波數,或??cm-1。
3.在Raman譜中,wavenumber有兩種理解,一種是相對波數,這時就等于Ramanshift;另一種是絕對波數(這在熒光光譜中用的比較多),這個絕對波數是與激發波長有關,不同的激發波長得到的絕對波數是不一樣的,這時Ramanshift等于(10000000/激發波長減去Raman峰的絕對波數)。
所以通常在Raman譜中,wavenumber一般可理解為Ramanshift。
二、如何用拉曼光譜儀測透明的有機物液體,測試時放到了玻璃片上測出來的結果是玻璃的光譜。
1. 我今天還在用激光拉曼測聚苯乙烯,沒有出現你說的情況啊是不是玻璃管被污染的厲害?
2. 你測出的玻璃的信號,有沒有可能們焦點位置不對?
3. 應該是聚焦位置不對,聚在玻璃上了,我以前也犯過同樣的錯誤。
4. 用凹面載玻片,液體量會比較多,然后用顯微鏡聚焦好就可以了,如果液體有揮發性,最好液體上用蓋玻片,然后焦點聚焦到蓋玻片以下。
如果還不行,你可以查一下“液芯光纖”這個東東。
5.建議:
(1)有機液體里面的分析物質濃度多大? Raman測定的是散射光,所以在溶液中的強度相對比較底,故分析物濃度要大些。
(2)你用的是共聚焦Raman嗎?聚焦點要在毛細管的溶液里面才好??梢栽谌芤褐蟹劈c“雜物”方便聚焦。
(3)玻璃是無定形態物質,應該Raman信號比較弱才對。
三、我們這里有做生物樣品的拉曼光譜的,在獲得的圖里面有很強的熒光,有的說,如果拉曼得不到就用其熒光譜??晌蚁雴栆幌拢诶V里面得到的熒光背景,是真正的熒光特征譜嗎?這和熒光光譜儀里面的熒光圖有什么區別?
1. 原則上說,拉曼譜中的熒光和熒光譜中的熒光是一樣的,只要激發波長和功率密度相同。注意橫坐標要從波數變換為納米,即用10000000nm(1cm)除以波數就行了。但有一點要注意,不同波長的激發光照射樣品,得到的拉曼相近,但熒光可以有很大不同,甚至相同波長不同功率激發,熒光譜都大不一樣。
2. “注意橫坐標要從波數變換為納米,即用10000000nm(1cm)除以波數就行了”?
Raman測定的是散射光,得到的是Raman shift. Raman shift和絕對波長(熒光光譜)之間要一個轉換的吧。
3. 生物樣品一般熒光峰比較寬,用熒光光測試之前一般先會做儀器本身曲線校正也就是儀器本身的響應曲線,這樣測出的熒光峰才比較準,特別是對于寬峰更要做這個較準。
而Raman光譜一般采集的區域比較窄(指的是波長區域),一般在窄的波長范圍變化不大,因此一般不考慮儀器本身響應曲線誤差,但是Raman光譜來測寬熒光峰,影響就比較大。
四、什么是共焦顯微拉曼光譜儀?
1. 共焦拉曼指的是空間濾波的能力和控制被分析樣品的體積的能力。通常主要是利用顯微鏡系統來實現的。
僅僅是增加一個顯微鏡到拉曼光譜儀上不會起到控制被測樣品體積的作用的—為達到這個目的需要一個空間濾波器。
2.(1)、顯微是利用了顯微鏡,可以觀測并測量微量樣品,最小1微米左右
(2)、共焦是樣品在顯微鏡的焦平面上,而樣品的光譜信息被聚焦到CCD上,都是焦點,所以叫共聚焦
3. 拉曼儀器的共焦有2種呢,一種是針孔共焦,一種是贗共焦.我覺得好像不應該稱為贗共焦,共聚焦有真正的定義說一定要針孔才是共聚焦嗎?好像沒有,頂多稱為傳統共聚焦或者針孔共聚焦、簡單共聚焦之類的。
五、請問,測固體粉末的拉曼圖譜時,對于熒光很強的物質,應該如何處理?特別是當熒光將拉曼峰湮滅時,應該怎么辦?增加照射時間的方法,我試過,連續照射了4小時,結果還是有很強的熒光。我只有一臺532nm的激光器,所以更換激光波長的方法目前我不能用。想問問各位,還有別的方法嗎?
1. 使用SERS技術或者使用很少量的樣品進行測量,或者稀釋你的樣品到一些別的基體里面去,比如說KBr。
2. 波長不可調的話,激光強度應該是可調的,你把激光強度調低點試試。這個在光源和軟件上都有調的。全調到比較低的,然后再用長時間試試。
3. 可以嘗試找一種溶劑溶解粉末,看能不能猝滅熒光背景。采用反斯托克斯,濾光片用Nortch濾光片。
六、請問用激光拉曼儀能測量薄膜的厚度、折射率及應力嗎?它能對薄膜進行那些方面的測量呢?
1. 應該不能測薄膜的厚度、折射率及應力吧
2. 現在的共焦顯微拉曼可以做膜及不同層膜的,你的問題我覺得用橢偏儀更好
3. 拉曼光譜可以測量應力,厚度好像不行
4. 應力可以測,應力有差別的時候拉曼會有微小頻移,其他兩種沒聽說過拉曼能測
七、拉曼做金屬氧化物含量的下限是多少? 我有一幾種氧化物的混合物,其中MoO3含量只有5%,XRD檢測不到,拉曼可以嗎?
應該和待測樣品的拉曼活性有關,并不能絕對說一定能測到多少檢測線,有些氧化物可能純的樣品也測不出光譜,信號強的則可能會低一些
八、小弟是剛涉足拉曼這個領域,主打生物醫學方面。實驗中,發現溫度不同時,拉曼好像也不一樣。不知到哪位能幫忙解釋一下這個現象。
溫度升高,拉曼線會頻移,線寬會變寬,只要物質狀態不變,特征峰不會有太大變化,除非高溫造成化學反應或者其他變化。
九、文獻上說,拉曼的峰強與物質的濃度是成正比關系,那么比如我配置1mol/L的某溶液,和0.5mol/L的溶液,其峰強度是正好一半的關系嗎?應用拉曼,是否能采用峰積分,或者用近紅外那樣的多元統計的辦法來定量嗎?準確度怎么樣?
存在激發效率的問題,拉曼一直以來被認為只能做半定量的研究,就是因為不是線性的,有這方面的文獻,具體記不清了。
十、拉曼峰1640對應的是什么東西啊?無機的。
1. 這個峰一般來說是C=O雙鍵的峰,可是你說是無機物,很有可能是某一個基團的倍頻峰,看看820左右或者是某兩個峰的疊加。
2. 也有可能是你在測量過程當中由于激光引起的碳化物質。還有一種可能就是C=C.
3. 拉曼在1610-1680波數區間有C=N雙鍵的強吸收
十一、1 紅外分析氣體需要多高的分辨率?
2 拉曼光譜儀是否可分析純金屬?
3 紅外與拉曼聯用,BRUKER和NICOLET哪個好些?
1,分析氣體時理論上最高只需0.5cm-1。實際應用上絕大部分情況下4cm-1已足夠。對于氣體,還是希望分辨率高一些好,一般都用1cm-1一下,這樣對氣體的一些微小峰的變化檢測更好
2,基本上不可能。
金屬不太可能作出來,因為一般不發生分子極化率改變。
3,這兩家公司的紅外各有千秋相差不多,關鍵是你更看重哪些指標。
十二、我想請問一下這里的高手測定過渡金屬絡合物水溶液中金屬與有機物中的某個原子是否成鍵可以用拉曼光譜分析嗎?
如果鍵能對應的波數在100cm-1以上,估計是可以的,現在比較新的拉曼光譜儀就可以
十三、金紅石和銳鈦礦對紫外Raman的響應差別大不大?同樣條件下的金紅石和銳鈦礦的Raman峰會不會差很多?
用不同的激發光激發樣品,若激光對樣品沒有破壞作用,拉曼譜圖中譜峰的相對強度有時會發生一些變化,但不會完全變了,否則就很難用拉曼光譜進行定性分析了。
TiO2礦物的情況比較特殊,它們有三種晶型:銳鈦礦、板鈦石和金紅石,其中板鈦礦比較少見。銳鈦石的特征是142cm-1左右的強峰,金紅石中此峰消失或很弱。但我們經常見到的不是這兩種極端情況,而多是介于金紅石或銳鈦石中間的TiO2相。有時一個顆粒中,若激光作用在不同的點上,也會打出差別較大的譜圖來。
你說的情況,可能有兩個原因:一是換波長后,激光與樣品的作用點移動;二是激光的能量使樣品的晶型發生變化。我個人覺得第一種的可能性較大。
十四、什么是3CCD?
CCD,是英文Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫,它是一種特殊半導體器件,上面有很多一樣的感光元件,每個感光元件叫一個像素。CCD在攝像機里是一個極其重要的部件,它起到將光線轉換成電信號的作用,類似于人的眼睛,因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。
衡量CCD好壞的指標很多,有像素數量,CCD尺寸,靈敏度,信噪比等,其中像素數以及CCD尺寸是重要的指標。像素數是指CCD上感光元件的數量。攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成,每個點就是一個像素。顯然,像素數越多,畫面就會越清晰,如果CCD沒有足夠的像素的話,拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響,因此,理論上CCD的像素數量應該越多越好。但CCD像素數的增加會使制造成本以及成品率下降,而且在現行電視標準下,像素數增加到某一數量后,再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯,因此,一般一百萬左右的像素數對一般的使用已經足夠了。
單CCD攝像機是指攝像機里只有一片CCD并用其進行亮度信號以及彩色信號的光電轉換,其中色度信號是用CCD上的一些特定的彩色遮罩裝置并結合后面的電路完成的。由于一片CCD同時完成亮度信號和色度信號的轉換,因此難免兩全,使得拍攝出來的圖像在彩色還原上達不到專業水平很的要求。為了解決這個問題,便出現了3CCD攝像機。
3CCD,顧名思義,就是一臺攝像機使用了3片CCD。我們知道,光線如果通過一種特殊的棱鏡后,會被分為紅,綠,藍三種顏色,而這三種顏色就是我們電視使用的三基色,通過這三基色,就可以產生包括亮度信號在內的所有電視信號。如果分別用一片CCD接受每一種顏色并轉換為電信號,然后經過電路處理后產生圖像信號,這樣,就構成了一個3CCD系統。
和單CCD相比,由于3CCD分別用3個CCD轉換紅,綠,藍信號,拍攝出來的圖像從彩色還原上要比單CCD來的自然,亮度以及清晰度也比單CCD好。但由于使用了三片CCD,3CCD攝像機的價格要比單CCD貴很多,所以只有專業用的攝像機才會使用3CCD。
十五、請教我所作的實驗是用檸檬酸金屬鹽溶膠拉制成纖維,想做一下拉曼光譜來證明是否有線性分子的存在,可以嗎?
1. 當然可以了,但是這要拉曼方面比較深厚的基礎,可以先建立模型進行模擬,然后跟實驗相對照,能對應就是最大的說服力了,說不定能發到國際上影響力很高的雜志呢
2. 拉曼光譜應該和分子的對稱性相關,通過群論可以知道那些譜峰是有活性的,理論上是可以做到的。但對于較大的分子可能不容易啊
十六、在測量拉曼光譜儀的靈敏度參數時,有人提出,單晶硅的三階拉曼峰的強度跟硅分子的取向(什么111,100之類)的有關,使用不同取向的硅使用與其相匹配的激光照射時,其強度嚴重不一樣,是這樣嗎?不知道大家測量激光拉曼光譜儀的靈敏度時都是怎么測量的?
1. 是的,硅單晶片放置的方向不同峰的強度不同。一般只觀察520cm-1峰的強度,不同的硅片取向,不同倍數的物鏡,長焦物鏡或短焦物鏡,520cm-1峰的強度都不同。
2. 520cm-1處好像不是硅的三階峰的位置吧,測試靈敏度的時候一般是硅的三階峰的信噪比來衡量呀。520處是跟硅的取向有關系,但是單晶硅的三階拉曼峰呢?
3. 硅三階峰位置1440cm-1。
4. 關于硅晶體各向異性的說明可以做偏振拉曼光譜,有些樓主同志說拉曼強度跟光源強度,透鏡倍數,等因素有關,說法沒錯,但是這個跟硅的各向異性并沒多大關系,隨便一個樣品的拉曼強度都跟這些因素有關!!!
硅的各向異性,比如以VV偏振沿硅的111和110面做譜圖,在光源強度,透鏡倍數等因素都相同條件下拉曼強度是不一樣的,根據這些強度還有入射角度,偏振配置可以計算出硅的各向異性指標!!!
這里可能涉及到很多拉曼光譜的原理和偏振光學,偏振配置,等等的一些計算方法(涉及到的理論包括:群論,晶體結構理論,固體物理,偏振光學,拉曼原理等理論)
十七、請問如何進行拉曼光譜數據處理?
1. 可以找相關的拉曼書上有一些特征峰的波數,自己對照分析。也可以在儀器軟件中的標準譜圖搜索,不過標準譜圖不太多的。
2. 如果你有數據庫可以先比對一下能否確定物質種類,其次可以對峰位、信號強度等信息用曲線擬合方式進行分析。
十八、拉曼系統自檢具體是檢測哪些硬件?是個什么過程?
主要是檢測儀器內的運動部件,如需要旋轉角度的光柵等。這種部件都會有自己的“機械零點”作為參考點。
十九、請教作激光拉曼測試,樣品如何預處理?
1. 一般來說,樣品都不需要做預處理,不象紅外那樣麻煩。分析固體和液體比較容易,氣體就難了,除非密度很大,否則只能用大型拉曼
2. 表面打磨一下或用酒精丙酮一類的東西清洗一下更好,不這樣也行,在做的時候聚焦在比較干凈平整的地方就行。
二十、請問激光拉曼光譜是什么意思?
拉曼光譜是一種散射光譜,利用激光(多用可見激光,有時也用紫外激光,在付里葉變換拉曼光譜儀中則用近紅外激光)照射樣品,通過檢測散射譜峰的拉曼位移及其強度獲取物質分子振動-轉動信息(這些信息在紅外光譜區)的一種光譜分析法。
拉曼光譜與紅外光譜俗稱姊妹譜,都用于檢測物質分子的振動-轉動信息。所不同的是,紅外光譜是通過直接檢測樣品對紅外光的吸收情況來獲得的。
二十一、請教喇曼譜實驗時,如何選擇激發波長,1064nm?還是785nm或633nm?
1. 多看看相關文獻,我做的蛋白質常用514nm,也可以用紫外200nm附近激發即為共振拉曼,濃度低也可以測。
2. 理論上講,拉曼光譜與激發光的波長無關。但有的樣品在一種波長的激光激發下會產生強烈熒光,對拉曼光譜產生干擾。這時要換一種激發光,以避開熒光的干擾。若樣品在不同激光激發下都不發熒光,則隨使用哪一種激光都可以。
3. 根據瑞利定律,拉曼散射線的強度與激發光波長的四次方成反比。如果不考慮檢測器等因素,當然是激發光的波長越短越好,最好是紫外激光。但可惜的是,現在用于拉曼光譜儀上的CCD最好的響應波長在620nm左右,480nm以下的響應非常差,若CCD技術不進一步改進,紫外激光器對拉曼光譜儀很難說是一種有用的激光器。
二十二、拉曼信號對入射角和出射角的響應又是什么樣?我的樣品是有襯底支持的薄膜樣品(膜厚幾百納米--幾微米),怎樣扣除襯底的影響?
1. 從散射載面看,散射光的收集方向與入射光方向成90度效果最好,但現在的小拉曼光譜儀都是用背散射方向,因為儀器的靈敏度提高了,接收方向一般不是個問題,除非想做偏振研究。
2. 扣背底問題:有一個說法是“樣品+襯底”做一張圖,“襯底”做一張圖,然后數據相減,但實踐證明這種方法不是很好,經常出現負峰或譜圖怪異現象。干嗎非要扣背底呢?背底留著也能說明點問題,除非樣品峰與背底峰有干擾。如果有干擾,試試所謂共焦(confocal)技術看看靈不靈。
二十三、微區拉曼和普通拉曼有區別嗎,尤其在圖譜上?多晶,單晶和非晶拉曼有何區別?
1. 1)微區拉曼和普通拉曼只是實驗方法不同,拉曼譜圖的形狀原則上只取決于樣品,當然實驗方法不同對拉曼光譜圖的記錄效果有影響。
2)若不做偏振實驗,單晶和粉晶的拉曼光譜圖不會有太大差別,只是某些譜峰的相對強度有些不同。單晶與粉晶的拉曼光譜圖中的譜峰較尖銳,而非晶的譜峰趨于寬化。
2. 微區拉曼和普通拉曼應是測試范圍上的不同吧
二十四、我是做復合材料的研究的,主要是想研究纖維增強復合材料的界面性能?
確實,理論上是可以。目前使用拉曼光譜測定晶體應力分布已經很成熟了,如在半導體行業已經作為質量控制的主要手段 - 對半導體器件進行逐點掃描,再以特征信號的峰位為參量生成圖像,便可反映出應力空間分布情況,從而指導工藝盡量避免應力的發生。
二十五、學校有一套天津港東的拉曼光譜儀,計劃給學生開一個測量固體(或粉末)拉曼光譜的實驗。試了幾種材料都不明顯,各位高人能推薦幾種容易找到的象四氯化碳拉曼光譜那么明顯的固體,晶體,或者粉末嗎?
1. 路邊抓點沙子就可以了。 沙子中多是石英晶體,測拉曼光譜應該很容易,當年在拉曼發現拉曼效應的同時,蘇聯科學家就是在石英中發現了同樣的效應,我想那時的實驗條件絕不會比現在的好。
2. 金剛石或合成金剛石的峰非常特征,很強很明顯。小粒的合成金剛石極便宜
3. 特氟隆就很好。單晶硅更好
4. 散射太強是因為瑞利線濾除的程度不夠,你可嘗試低反射樣品,如液體(四氯化碳、酒精等)。港東的譜儀恐怕測石英有困難,散射光太強,其靈敏度可能也不足以測得石英信號。硅片也一樣,拋光的表面會使得探測器被飽和掉。
二十六、我們研究小組新近涉及碳納米管的領域。由于納米管的Raman信號很弱,就是要重復不斷的測試才能在1600cm-1的附近得到峰。請問具體操作條件應該怎么選。如laser的功率,解析度,掃描數scannumber等等,我們用的Raman儀器是(Brucker, RFS-100/S)。
1. 用514激發光,很好測定。
2. 你用的譜儀靈敏度太差。現在單根碳納米管的拉曼信號都能測的很好,只不過有的用514效果好一些,而有的用633好一些。
二十七、激光拉曼光譜儀應該可以實現快速的定量分析,但經過前段時間一些咨詢,使我對其是否可進行快速分析頗存疑問,尤其是氣體分析。請問,一般來說分析一次樣品(氣體或固體)的時間是多長?
1. 分析速度取決于儀器的靈敏度和樣品本身。通常分析一個樣品,強信號幾秒鐘即可,若信號較弱,則需幾分鐘。
2. 做定量分析,儀器本身所需的時間很短,秒級。
3. 我用拉曼光譜測過白酒,但是光譜的重現性很差,而且檢測限不是很好。采樣軟件上有自帶的基線扣除功能。對于一個樣品,如果我要測定三次。如果每次都掃描了本底,然后測光譜,那么三條光譜的重現性就比較差,如果說只測定一次本底,然后掃描三次樣品,那么樣品的重現性就比較好??傮w做下來,拉曼的定量效果肯定是不如近紅外,但是拉曼光譜到底能否應用于定量,有待進一步驗證,我做的是低檔的白酒,幾乎都是勾對的,所以定量的時候預測的效果還可以,采用原始光譜預測標準差可達到86%。不知換了其他樣品的效果如何,有待進一步研究。
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