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拉曼光谱的常见问题：理论与方法
2022年9月19日
文章
拉曼光谱是一种基于分子不同振动模式的非弹性散射，是一种非破坏性分析技术。1928年，C.V.Raman发现拉曼光谱可以确定简单的分子结构。目前，拉曼光谱在科学界中的应用越来越广泛。
当激光与样品相互作用时，散射光的能量发生偏移，从而产生拉曼光谱，提供关于化学结构的相关信息。这篇文章涵盖了一些关于拉曼光谱的非常常见问题，涉及其背后的理论以及如何在实践中使用。
单击下列问题可直接跳转至主题：
1. 什么是拉曼光谱？
拉曼光谱是一种分子光谱，当样品被激光激发时，可以观察到非弹性散射光。虽然大多数散射是弹性的，但仍有约10-6的散射过程通过键拉伸和弯曲振动与分子相互作用，从而产生拉曼散射光。由此产生的拉曼光谱与分子结构相对应，为用户提供了一个宝贵的分子“指纹”分析工具。这种“指纹”主要用于材料识别，并且越来越多地用于定量分析。
Note: molecular vibrational spectroscopies only detect two or more atoms that have a molecular bond between them—salts, ions, and metals require other analytical methods.
2. 哪些材料可以用拉曼光谱测量？
拉曼光谱可用于识别单体材料或简单混合物，包括数千种固体和液体物质，例如药品、食品和个人护理产品的原材料、受控物质和相关化学前体、化学战剂、有毒和无毒化学品、溶剂和农业制剂（例如杀虫剂）。
以下是一些基本准则：
- 大多数共价键分子具有拉曼活性；然而，其信号的性质和强度可能会有所不同。
- 据估计，80%的常用活性药物成分（API）和辅料非常适合用拉曼光谱进行原料鉴定（RMID）。
- 拉曼光谱是水溶液的理想技术，因为水的信号不会干扰溶质的信号。
- 一些盐、离子化合物和金属不适用于拉曼分析。
- 荧光是拉曼光谱面临的非常大的挑战之一，因为它可能掩盖拉曼信号。
荧光是如何影响拉曼光谱测量的？
传统上，荧光是拉曼光谱的非常大的挑战。荧光具有更高的激发效率，在拉曼光谱中产生压倒性的背景噪声，并使拉曼峰变得模糊。天然物质（如植物纤维）、颜色较深的材料以及含有荧光污染物的物质都无法通过拉曼检测得到光谱。幸运的是，这一困难并非不可逾越。
常见的解决方案是选择不同的激光波长，通常为532、638或785 nm，减少荧光效应非常常见的波长选择是1064 nm。
哪种波长非常合适？阅读我们的应用报告。
瑞士万通MIRA XTR DS拥有独特的提取技术，即使是785 nm拉曼系统，也可抑制荧光干扰，得到清晰的拉曼光谱结果。您可在我们的白皮书中了解相关详情。
3. 从拉曼光谱中可以获得什么信息？
拉曼光谱中的峰非常窄，这提供了特异性和选择性。因此，它可以区分非常相似的材料或识别混合物中的目标分析物。拉曼光谱对于分子的结构解释非常有用，包括连接性和饱和度。拉曼光谱中的独特指纹峰可用于区分非常相似的物质，如异构体和因单个官能团不同的物质。
拉曼光谱可以帮助用户观察化学反应的进展、多晶型之间结晶度的差异以及材料上施加应力引起的键能变化。下面的应用报告对这类研究提供了更多的说明。
拉曼光谱的强度与样品浓度成正比，也可用于定量分析。在下面的应用报告中了解更多信息。
在指纹区域之外，简单的碳链和氢附着对材料识别贡献不大。然而，在癌症研究、人类牙齿问题和生物燃料方面，高波数区域正在医学领域得以应用。另外如矿物、宝石学、有机金属学和半导体中的晶体结构，则需要低于400 cm-1的光谱信息。
5. 使用拉曼光谱有什么好处？
拉曼光谱是一种强大的分析技术：
- 高化学特异性和选择性
- 几乎无需样品制备
- 几乎没有消耗品成本
- 无损分析
- 快速
- 简单的用户界面
- 非接触式分析
- 采样灵活性
- 灵活的外形尺寸-从台式到手持系统
总之，拉曼光谱的吸引力在于非技术人员在非传统环境中的广泛适用性。拉曼将分析化学能力从实验室中提取出来，并在需要的地方提供即时材料识别：在装卸码头、食品生产车间、博物馆、地下实验室、过程分析，甚至在国家边境进行检查。所有这些都是理想的场景，都得益于拉曼的优势。
我们的《真实世界中的拉曼》系列简报展示了手持拉曼在非技术环境中的优势。
6. 拉曼光谱可用于鉴定未知物质以及材料验证。有什么区别？
未知物质的识别是未知物质和库光谱之间光谱相似性的度量。这种识别方法易于实现，速度快，适合与广泛的、可定制的数据库一起使用。这项技术的一个例子是在检查站队没收的一包白色粉末进行现场测试，在现场快速提供非法证据。下载下面的白皮书，了解有关此主题的更多信息。
实验室、生产车间、犯罪现场或国境。
便携式和手持式系统能够与用户一起前往测试地点。
当需要识别、验证或区分物质时，尤其是在处理未知白色粉末和合成材料时。
引导式自动化工作流程将采样过程简化为三步或四步，在几秒钟内即可获得结果，无任何复杂操作。
要确定成分的一致性，查明某物是否有害，识别可疑物质，或确认材料的身份。
8. 什么是SERS？它如何帮助我？
表面增强拉曼散射（SERS）是一种特殊的拉曼技术，可帮助用户检测微量物质，并非所有材料都具有SERS活性。具有SERS活性的材料可以检测到百万分之一（ppm，mg/L）或十亿分之一（ppb，µg/L）水平。SERS也可用于检测混合物中的特定成分，或识别强烈着色的染料和材料，因为它对荧光不敏感。
SERS面临的非常大的挑战是检测复杂基质中的目标化合物，包括水、药品（例如管制药品、非处方药或街上出售的药品）和各种食品中的目标物质。通过经验和调查，可以通过简单的样品制备利用SERS进行分析。
阅读我们的博客文章，了解更多关于SERS与拉曼的比较。
结论
拉曼光谱是一种理想的材料识别或验证技术，适用于各种环境中的技术和非技术用户。拉曼光谱易于实现，无需破坏样品，并可用于分析数千种材料。要了解更多关于拉曼及其诸多优点的信息，请查看我们的博客文章、应用报告和白皮书。
Metrohm（瑞士万通）提供多种适用于各种应用的手持式和便携式拉曼光谱仪。
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