什么是拉曼顯微鏡？

更新時(shí)間：2024-08-09

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

可以對化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子間相互作用和結(jié)晶度等物質(zhì)的詳細(xì)信息進(jìn)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(biāo)，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(xué)鍵，因此測量可以提供以下信息：

化學(xué)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(jī)、有機(jī)、生物材料
純化學(xué)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(jià)
化學(xué)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)、純度和反應(yīng)監(jiān)測
生命科學(xué)、單細(xì)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(dǎo)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(dāng)物質(zhì)受到光照射時(shí)，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(qiáng)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(dòng)的能量。此時(shí)，已知引起拉曼散射的分子振動(dòng)只是具有拉曼活性的振動(dòng)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(dòng)模式。

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

由于分子振動(dòng)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(qiáng)度與已知物質(zhì)進(jìn)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(xué)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(qiáng)度與濃度成正比的事實(shí)也可以進(jìn)行定量分析。

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