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什么是拉曼顯微鏡?

更新時間:2024-08-09      瀏覽次數(shù):1067

拉曼顯微鏡(或微型拉曼)是拉曼光譜儀和光學顯微鏡相結(jié)合的測量儀器。

可以對化學結(jié)構(gòu)、分子間相互作用和結(jié)晶度等物質(zhì)的詳細信息進行非破壞性分析。通過組合拉曼光譜儀和顯微鏡,可以用顯微鏡觀察測量目標,測量選定的位置,并獲得將成分分布可視化的圖像。

拉曼顯微鏡的應(yīng)用

由于拉曼光譜基于化學鍵,因此測量可以提供以下信息:

  • 化學結(jié)構(gòu)

  • 相、多態(tài)性

  • 拉緊

  • 雜質(zhì)、污染

由于每種材料的拉曼光譜  ,因此可以利用拉曼光譜快速識別材料并將其與其他材料區(qū)分開來。此外,拉曼顯微鏡可用于分析許多不同的樣品。 一般來說,它不適合分析金屬或合金,但適合分析:

  • 固體、粉末、液體、凝膠、漿料、氣體

  • 無機、有機、生物材料

  • 純化學品、混合物和溶液

  • 金屬氧化物和腐蝕

使用拉曼顯微鏡的典型例子如下。

  • 藝術(shù)和考古領(lǐng)域顏料、陶瓷和寶石的表征

  • 碳材料納米管的結(jié)構(gòu)、純度、缺陷和無序評價

  • 化學領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)、純度和反應(yīng)監(jiān)測

  • 生命科學、單細胞和組織、藥物相互作用、疾病診斷

拉曼顯微鏡的結(jié)構(gòu)

拉曼顯微鏡是拉曼光譜儀和顯微鏡相結(jié)合的測量裝置,其結(jié)構(gòu)如上圖所示。

激光光源發(fā)出的照射光通過顯微鏡的物鏡引導至樣品并照射到樣品上。樣品產(chǎn)生的散射光用物鏡聚焦,并且通過瑞利光截止濾光片僅檢測到拉曼散射光。

當物質(zhì)受到光照射時,會發(fā)生散射現(xiàn)象。產(chǎn)生的散射光大部分是與照射光波長相同的瑞利散射光,但也包括一些波長與照射光稍有不同的散射光,這種散射光稱為拉曼散射光。

拉曼散射光有兩種類型:斯托克斯散射光,其波長比照射光的波長更長,反斯托克斯散射光,其波長較短。一般拉曼顯微鏡測量的是斯托克斯散射光,其更強馬蘇。

拉曼散射光是照射光與材料相互作用的結(jié)果,瑞利散射光和拉曼散射光之間的波長差對應(yīng)于照射材料中分子振動的能量。此時,已知引起拉曼散射的分子振動只是具有拉曼活性的振動模式,可以從分子結(jié)構(gòu)中推斷和模擬具有拉曼活性的振動模式。

紅外分光光度計是一種類似的利用分子振動的分析設(shè)備,但可測量的分子振動存在差異,使它們成為互補的分析設(shè)備。

由于分子振動的能量根據(jù)分子的類型和鍵合狀態(tài)而不同,因此可以獲得不同的拉曼光譜。通過將拉曼光譜的峰位置和相對峰強度與已知物質(zhì)進行比較,可以識別物質(zhì)。它也經(jīng)常用于定性分析,具有以下解釋:

  • 峰位置
    化學鍵信息

  • 峰移
    有關(guān)分子間相互作用、應(yīng)力和應(yīng)變的信息

  • 光譜波形 分子
    結(jié)構(gòu)信息、晶體結(jié)構(gòu)差異


  • 結(jié)晶和非晶之間的半寬度差異

利用光譜強度與濃度成正比的事實也可以進行定量分析。


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