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技術(shù)文章
拉曼光譜儀—紫外拉曼與共振拉曼原理與應(yīng)用簡(jiǎn)述
點(diǎn)擊次數(shù)：1002 發(fā)布時(shí)間：2014-11-12
熒光干擾問(wèn)題和靈敏度較低嚴(yán)重阻礙了常規(guī)拉曼光譜的廣泛應(yīng)用。但近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的紫外拉曼光譜技術(shù)有效地解決了上述問(wèn)題。紫外拉曼光譜技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大地?cái)U(kuò)展了拉曼光譜的應(yīng)用范圍。右圖是紫外拉曼光譜避開(kāi)熒光干擾的原理圖。熒光往往出現(xiàn)在300 nm-700 nm區(qū)域，或者更長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域。而在紫外區(qū)的某個(gè)波
技術(shù)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是，拉曼信號(hào)可以通過(guò)共振拉曼信號(hào)得到增強(qiáng)。共振拉曼效應(yīng)可以從拉曼散射截面公式得到解釋?zhuān)焊鶕?jù)Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式: 在公式 （1）中，ωri 是初始態(tài)i到激發(fā)態(tài)r的能量差頻率，ωL是入射激光頻率。當(dāng)激發(fā)光源頻率靠近電子吸收帶時(shí)，*項(xiàng)分母趨近于零，因而其散射截面異常增大, 導(dǎo)致某些特定的拉曼散射強(qiáng)度增加104~106 倍。共振拉曼光譜的譜峰強(qiáng)度隨著激發(fā)線的不同而呈現(xiàn)出與普通拉曼不同的變化。 將紫外共振拉曼用于表征多組份體系時(shí)，可以選擇性的激發(fā)某些組分相應(yīng)的信息，從而使與這些組分相關(guān)的拉曼信號(hào)大大增強(qiáng)，得到共振拉曼光譜
這種共振增強(qiáng)或者共振拉曼效應(yīng)是非常有用的一個(gè)技術(shù)，它不僅可以極大的降低拉曼測(cè)量的探測(cè)極限，而且還可以引入到電子選擇上面。這樣，如果我們使用共振拉曼技術(shù)來(lái)研究樣品，不僅可以看到它的結(jié)構(gòu)特征，而且還可以得到它的電子結(jié)構(gòu)信息。金屬卟啉，類(lèi)胡蘿卜素以及其他一系列生物重要分子的電子能級(jí)之間躍遷能量差都處在可見(jiàn)光范圍之內(nèi)，這使得它們成了共振拉曼光譜的理想研究材料。
共振選擇技術(shù)還有一個(gè)非常實(shí)際的應(yīng)用。那就是二分之一載色體的光譜由于這種共振作用會(huì)得到增強(qiáng)，而它周?chē)沫h(huán)境則不會(huì)。對(duì)于生物染色體來(lái)說(shuō)這就意味著，我們使用可見(jiàn)光即可特定的探測(cè)到有源吸收中心，而它們周?chē)牡鞍踪|(zhì)陣列則不會(huì)探測(cè)產(chǎn)生影響（這是因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)需要紫外光才能使其產(chǎn)生共振增強(qiáng)作用）。在化學(xué)上探測(cè)金屬中心合成物，富勒分子，聯(lián)乙醯以及其他的稀有分子上也是一種重要的技術(shù)，因?yàn)檫@些材料對(duì)于可見(jiàn)光都有著很強(qiáng)的吸收。
其他更多的分子吸收光譜由于處于紫外，所以需要紫外激光進(jìn)行共振激發(fā)，我們就稱之為紫外共振拉曼（UlraViolet Resonance Raman Spectroscopy）;紫外共振拉曼光譜技術(shù)是研究催化和復(fù)雜生物系統(tǒng)中分子分析的一個(gè)重要工具。大多數(shù)的生物系統(tǒng)都吸收紫外輻射，所以它們都能提供紫外的共振拉曼增強(qiáng)。這樣高的共振拉曼共振選擇效應(yīng)使得象蛋白質(zhì)和DNA等重要生物目標(biāo)的拉曼光譜得到極大增強(qiáng)，而其他物質(zhì)則不會(huì)，非常便于目標(biāo)確認(rèn)及分析。例如，200nm的激勵(lì)光能夠增強(qiáng)氨基化合物的振動(dòng)峰；而220nm的激勵(lì)光則可以增強(qiáng)特定的芳香族殘留物的振動(dòng)峰。水中的拉曼散射非常弱，這個(gè)技術(shù)使得與水有關(guān)的微弱系統(tǒng)的拉曼分析也變成了可能。
技術(shù)的另一個(gè)突出特點(diǎn)是，拉曼信號(hào)可以通過(guò)共振拉曼信號(hào)得到增強(qiáng)。共振拉曼效應(yīng)可以從拉曼散射截面公式得到解釋?zhuān)焊鶕?jù)Kramers-Heisenberg-Dirac 散射公式: 在公式 （1）中，ωri 是初始態(tài)i到激發(fā)態(tài)r的能量差頻率，ωL是入射激光頻率。當(dāng)激發(fā)光源頻率靠近電子吸收帶時(shí)，*項(xiàng)分母趨近于零，因而其散射截面異常增大, 導(dǎo)致某些特定的拉曼散射強(qiáng)度增加104~106 倍。共振拉曼光譜的譜峰強(qiáng)度隨著激發(fā)線的不同而呈現(xiàn)出與普通拉曼不同的變化。 將紫外共振拉曼用于表征多組份體系時(shí)，可以選擇性的激發(fā)某些組分相應(yīng)的信息，從而使與這些組分相關(guān)的拉曼信號(hào)大大增強(qiáng)，得到共振拉曼光譜
這種共振增強(qiáng)或者共振拉曼效應(yīng)是非常有用的一個(gè)技術(shù)，它不僅可以極大的降低拉曼測(cè)量的探測(cè)極限，而且還可以引入到電子選擇上面。這樣，如果我們使用共振拉曼技術(shù)來(lái)研究樣品，不僅可以看到它的結(jié)構(gòu)特征，而且還可以得到它的電子結(jié)構(gòu)信息。金屬卟啉，類(lèi)胡蘿卜素以及其他一系列生物重要分子的電子能級(jí)之間躍遷能量差都處在可見(jiàn)光范圍之內(nèi)，這使得它們成了共振拉曼光譜的理想研究材料。
共振選擇技術(shù)還有一個(gè)非常實(shí)際的應(yīng)用。那就是二分之一載色體的光譜由于這種共振作用會(huì)得到增強(qiáng)，而它周?chē)沫h(huán)境則不會(huì)。對(duì)于生物染色體來(lái)說(shuō)這就意味著，我們使用可見(jiàn)光即可特定的探測(cè)到有源吸收中心，而它們周?chē)牡鞍踪|(zhì)陣列則不會(huì)探測(cè)產(chǎn)生影響（這是因?yàn)檫@些蛋白質(zhì)需要紫外光才能使其產(chǎn)生共振增強(qiáng)作用）。在化學(xué)上探測(cè)金屬中心合成物，富勒分子，聯(lián)乙醯以及其他的稀有分子上也是一種重要的技術(shù)，因?yàn)檫@些材料對(duì)于可見(jiàn)光都有著很強(qiáng)的吸收。
其他更多的分子吸收光譜由于處于紫外，所以需要紫外激光進(jìn)行共振激發(fā)，我們就稱之為紫外共振拉曼（UlraViolet Resonance Raman Spectroscopy）;紫外共振拉曼光譜技術(shù)是研究催化和復(fù)雜生物系統(tǒng)中分子分析的一個(gè)重要工具。大多數(shù)的生物系統(tǒng)都吸收紫外輻射，所以它們都能提供紫外的共振拉曼增強(qiáng)。這樣高的共振拉曼共振選擇效應(yīng)使得象蛋白質(zhì)和DNA等重要生物目標(biāo)的拉曼光譜得到極大增強(qiáng)，而其他物質(zhì)則不會(huì)，非常便于目標(biāo)確認(rèn)及分析。例如，200nm的激勵(lì)光能夠增強(qiáng)氨基化合物的振動(dòng)峰；而220nm的激勵(lì)光則可以增強(qiáng)特定的芳香族殘留物的振動(dòng)峰。水中的拉曼散射非常弱，這個(gè)技術(shù)使得與水有關(guān)的微弱系統(tǒng)的拉曼分析也變成了可能。