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共焦显微拉曼光谱仪的前世今生

日期: 2017-12-26
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共焦显微拉曼光谱是近十年来发展迅速的一种分子光谱学方法。它是由激光器、全息滤光片衍射光栅、CCD探测器、显微镜和计算机数据处理系统等主要部件构成的色散型拉曼光谱仪。它的特点是成象快速简便,分辫率高,适于微量分析样品可小于2微米,在化学化工、材料科学、生物、药物和法庭科学等领域均有广阔的应用前景。

1. 共焦显微拉曼光谱仪的历史

  二十世纪20年代初,光的综合散射效应被发现,其主要原理是:当用单色光照射物质时,会产生与人射光波长相同的瑞利Rayleigh散射线,同时还产生一系列波长大于和小于人射光波长的散射线。1928年,印度科学家拉曼Raman和苏联科学家拉德斯别格分别独立地用实验证实了散射效应后称拉曼效应),它是激光拉曼光谱的基础

  本世纪60年代,能提供单色光源的激光器出现,使拉曼光谱仪的研制获得重要进展;尤其是进人90年代,多种商品拉曼光谱仪相继问世1993年,共焦显微拉曼光谱仪问世,其主要部件包括:激光器作为单色光源,有可见光和近红外激光器,以及紫外激光器可供选择;能抑制瑞利散射,又高效透过拉曼信号的全息滤光片;二维CCD探测器,能够在可见和近红外区进行有限噪声关闭检测;高分辨率衍射光栅;显微镜;计算机数据处理系统和探头等。该仪器将在常规检验和样品微量分析中起到越来越大的作用。

共焦显微拉曼光谱仪的前世今生

2. 拉曼光谱的特点

1拉曼光谱与红外光谱

  红外光谱是四大波谱红外、紫外、核磁和质谱之一,无论是仪器及联用技术,还是研究应用都是相当成熟的分子结构研究手段拉曼光谱与红外光谱一样,同属分子振动光谱范畴只是研究分子间作用力的种类不同红外光谱的产生是由于吸收光的能量,引起分子中偶极矩改变的振动拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应,引起分子中极化率改变的振动所以,红外光谱是吸收光谱,拉曼光谱是散射光谱,它们虽然同属于研究分子振动的谱学方法,但各自的侧重点有差异,具有互为补充的性质在国外,研究领域,往往同时用红外光谱和拉曼光谱简称双谱研究同一样品,可以获取更多的分子结构信息尤其是在法庭科学领域,进行微量物证鉴定的比对分析,采用双谱同时分析,可以增加物证鉴定结论的可靠性,尽可能地减少误判。

2色散拉曼光谱仪与傅里叶变换拉曼光谱仪

目前,世界上仪器厂商推出的拉曼光谱仪商品型号很多,但从仪器主要构件和计算机计算方式来分,主要可分为色散型拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪两类,两类仪器都有各自的优缺点,分别适合于不同类型样品测试拉曼光谱的需要为了满足测试微量样品的需求,两类仪器都增加了相应的微量样品观测选样品测试点和微样检测功能附件 - 激光共焦显微镜和傅里叶变换拉曼显微镜。

3)共焦显微拉曼光谱仪的特点

共焦显微拉曼光谱仪比传统的色散型拉曼光谱仪在工作效率、运行速度、分辨率、灵敏度和微量样品分析诸方面都有了很大的提高采用先进的光学系统设计及全息滤光片、CCD探测器等先进技术,使仪器的灵敏度及数据采集速度大大提高,总效率信号/功率/时间比传统仪器提高了近3个数量级利用共焦显微拉曼光谱仪作常规分析时,一分钟时间内便可完成分析测试过程,是一种快速分析的检测仪器它成功地把拉曼谱仪和显微镜组合,保留了显微镜的目镜,使观察样品更容易,可实现拉曼光谱二维直接成像,可方便快捷地获得物质成份的微观空间分布。使用计算机控制高精度XYZ三维平台,可实现逐点扫描,获得高分辨率的三维拉曼图象在微量样品分析上更能发挥分析效能,可探测直径小于2微米样品的拉曼光谱它的另一个特点是对样品无接触测量,例如,将样品装人玻璃器皿或塑料容器中,不必取出样品,样品测试可直接在玻璃器皿或塑料容器中进行

3. 共焦显微拉曼光谱的应用

  近十年来,由于拉曼光谱仪商品化和仪器性能日益提高,拉曼光谱的研究和应用得到迅猛的发展.在化学化工和材料科学方面,拉曼光谱主要用于物质的结构测定、成分分析和物理化学性质的测定;在药物学研究和制药工业方面,拉曼光谱主要用于测试药物的成分;在地质矿产方面,拉曼光谱用于研究矿产的结构成分,最近还在宝石的鉴定上起到特殊作用,可以鉴别该宝石是属于天然宝石,还是人造宝石;在法庭科学领域,拉曼光谱大有用武之地,尤其是共焦显微拉曼光谱仪的出现,给法庭物证鉴定提供了重要的装备,显微拉曼光谱可以分析固体和液体状的爆炸物及微量的枪击残留物,可以分析毒品和麻醉品,甚至混在粉末物质中的微量毒品、麻醉品粉末也可以被检测出来,由于解决了测试油漆涂层组分难点,在分析交通事故物证方面将发挥重要作用;在防伪方面,拉曼光谱可用于伪币的鉴别;而医学和生物科学领域更是拉曼光谱应用的广阔空间。


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