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激光共焦显微拉曼光谱与应用

导读: 激光共焦显微拉曼光谱是近十年来发展迅速的一种分子光谱学方法。它是由激光器、全息滤光片衍射光栅、CCD探测器、显微镜和计算机数据处理系统等主要部件构成的色散型拉曼光谱仪。

  激光共焦显微拉曼光谱是近十年来发展迅速的一种分子光谱学方法。它是由激光器、全息滤光片衍射光栅、CCD探测器、显微镜和计算机数据处理系统等主要部件构成的色散型拉曼光谱仪。它的特点是成象快速简便,分辫率高,适于微量分析(样品可小于2微米),在化学化工、材料科学、生物、药物和法庭科学等领域均有广阔的应用前景。

  1 前言

  二十世纪20年代初,光的综合散射效应被发现,其主要原理是:当用单色光照射物质时,会产生与人射光波长相同的瑞利(Rayleigh)散射线,同时还产生一系列波长大于和小于人射光波长的散射线。1928年,印度科学家拉曼(C,V.Raman)和苏联科学家拉德斯别格分别独立地用实验证实了散射效应(后称拉曼效应)。它是激光拉曼光谱的基础。

  本世纪60年代,能提供单色光源的激光器出现,使拉曼光谱仪的研制获得重要进展;尤其是进人90年代,多种商品拉曼光谱仪相继问世:Renishaw、Chernlcon、Chromex、Dilor、JobinYuon、KaiserOPtiealSysterns、Spex等公司制造出不同型号的色散拉曼光谱仪;Nieolet、Bio一Rad、Bruker、PerkinElmer等公司制造出各种傅里叶变换拉曼光谱仪[1]。

  1993年,英国的利兹(Leeds)大学和雷尼绍(RenishawPlc.)公司合作,研制出新一代激光共焦显微拉曼光谱仪,其主要部件包括:激光器作为单色光源,有可见光和近红外激光器,以及紫外激光器可供选择;能抑制瑞利散射,又高效透过拉曼信号的全息滤光片;二维CCD探测器,能够在可见和近红外区进行有限噪声关闭检测;高分辨率衍射光栅;显微镜;计算机数据处理系统和探头等。该仪器将在常规检验和样品微量分析中起到越来越大的作用。

  2 拉曼光谱的特点

  2.1 拉曼光谱与红外光谱

  红外光谱是四大波谱(红外、紫外、核磁和质谱)之一,无论是仪器及联用技术,还是研究应用都是相当成熟的分子结构研究手段;其实,拉曼光谱与红外光谱一样,同属分子振动光谱范畴。只是研究分子间作用力的种类不同,红外光谱的产生是由于吸收光的能量,引起分子中偶极矩改变的振动;拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应,引起分子中极化率改变的振动;所以,红外光谱是吸收光谱,拉曼光谱是散射光谱,它们虽然同属于研究分子振动的谱学方法,但各自的侧重点有差异,具有互为补充的性质;在国外,研究领域,往往同时用红外光谱和拉曼光谱(简称双谱)研究同一样品,可以获取更多的分子结构信息。尤其是在法庭科学领域,进行微量物证鉴定的比对分析,采用双谱同时分析,可以增加物证鉴定结论的可靠性,尽可能地减少误判。拉曼光谱仪和红外光谱仪的比较列于表1。

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