光谱仪实验教学应用 | 拉曼测量教学

拉曼光谱是研究分子振动和转动的散射光谱，拉曼散射现象是由印度物理学家拉曼(C.V. Raman)在1928年研究苯的光散射时发现。由于拉曼散射光谱中谱带的数目、强度和形状，及频移的大小等都直接与分子的振动和转动跃迁相关，因此，拉曼光谱能够提供分子结构的信息。

图1 拉曼和瑞利散射示意图：(a)能级图，(b)散射光与波数差

分子指纹识别，定性精准每种物质都有独特的拉曼特征峰，像“分子指纹”一样，可快速鉴别成分、区分同分异构体、晶型、纯度，结果直观可靠。

无损、无需制样不用溶解、不用压片、不破坏样品，固体、液体、粉末、胶体都能直接测，尤其适合珍贵样品、微量样品、易分解样品。

水信号弱，适合水溶液体系拉曼光谱受水的干扰很小，非常适合测生物样品、水溶液、饮料、乳液、细胞等含水体系，这是红外很难做到的。

检测速度快，操作简单几秒到几十秒即可出谱图，软件自动寻峰、比对谱库，上手快，适合教学、现场快检和批量测试。

本次实验采用如海光电光纤光谱仪XS11639与785nm激光器和拉曼探头对样品进行分析。

图2 785nm拉曼搭建示意图

使用自搭建的拉曼光谱仪检测氨基酸样品，通过拉曼位移标定将像素-拉曼强度谱图转化为拉曼位移–强度谱图。图3中是测得的4种氨基酸的拉曼谱图，甘氨酸(图3a)结构最为简单，其中892cm?1为C―C伸缩振动峰，1410 cm?1为C―O对称伸缩，1323cm?1为C―H弯曲振动，2972cm?1为C―H伸缩振动，3150 cm?1为N―H伸缩振动峰。其他三种氨基酸除了具备羧基和氨基的基本特征峰，还可以检测到各自结构特征的拉曼峰，苯丙氨酸(图3b)的苯环特征峰位于1002、1604、3061 cm?1。半胱氨酸(图3c)在2548cm?1有S―H伸缩振动峰。甲硫氨酸(图3d)在1321、1351和1414、1443 cm?1有两组双峰是C―H的伸缩振动和弯曲振动。表3为所得4种氨基酸峰的归属。

图3 自搭建拉曼光谱仪检测氨基酸

表1 甘氨酸、苯丙氨酸、半胱氨酸和甲硫氨酸的拉曼峰归属

在搭建实验仪器时，操作人员务必佩戴与激光波长相匹配的护目眼镜，穿戴棉质长袖防护服，禁止佩戴反光饰品(手表、首饰等)，以避免激光直接照射眼睛和皮肤。建议优先选购功率可调节的激光器，在调节光路时降低激光功率，可借助光线产生的丁达尔效应来辅助光路的准直工作。样品测试时提高激光功率，增强样品信号强度。(2)仪器搭建过程中佩戴手套和口罩，防止指纹和唾液沾污光学器件，特别是要保护光纤断面和探头表面的清洁。

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