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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)用簡述
點擊次數(shù)：1001 發(fā)布時間：2014-11-12
熒光干擾問題和靈敏度較低嚴(yán)重阻礙了常規(guī)拉曼光譜的廣泛應(yīng)用。但近年來發(fā)展起來的紫外拉曼光譜技術(shù)有效地解決了上述問題。紫外拉曼光譜技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展大大地擴展了拉曼光譜的應(yīng)用范圍。右圖是紫外拉曼光譜避開熒光干擾的原理圖。熒光往往出現(xiàn)在300 nm-700 nm區(qū)域，或者更長波長區(qū)域。而在紫外區(qū)的某個波
技術(shù)的另一個突出特點是，拉曼信號可以通過共振拉曼信號得到增強。共振拉曼效應(yīng)可以從拉曼散射截面公式得到解釋：根據(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，*項分母趨近于零，因而其散射截面異常增大, 導(dǎo)致某些特定的拉曼散射強度增加104~106 倍。共振拉曼光譜的譜峰強度隨著激發(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，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)的拉曼信號大大增強，得到共振拉曼光譜
這種共振增強或者共振拉曼效應(yīng)是非常有用的一個技術(shù)，它不僅可以極大的降低拉曼測量的探測極限，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，類胡蘿卜素以及其他一系列生物重要分子的電子能級之間躍遷能量差都處在可見光范圍之內(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)還有一個非常實際的應(yīng)用。那就是二分之一載色體的光譜由于這種共振作用會得到增強，而它周圍的環(huán)境則不會。對于生物染色體來說這就意味著，我們使用可見光即可特定的探測到有源吸收中心，而它們周圍的蛋白質(zhì)陣列則不會探測產(chǎn)生影響（這是因為這些蛋白質(zhì)需要紫外光才能使其產(chǎn)生共振增強作用）。在化學(xué)上探測金屬中心合成物，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)，因為這些材料對于可見光都有著很強的吸收。
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。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，而其他物質(zhì)則不會，非常便于目標(biāo)確認(rèn)及分析。例如，200nm的激勵光能夠增強氨基化合物的振動峰；而220nm的激勵光則可以增強特定的芳香族殘留物的振動峰。水中的拉曼散射非常弱，這個技術(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)的另一個突出特點是，拉曼信號可以通過共振拉曼信號得到增強。共振拉曼效應(yīng)可以從拉曼散射截面公式得到解釋：根據(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，*項分母趨近于零，因而其散射截面異常增大, 導(dǎo)致某些特定的拉曼散射強度增加104~106 倍。共振拉曼光譜的譜峰強度隨著激發(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，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)的拉曼信號大大增強，得到共振拉曼光譜
這種共振增強或者共振拉曼效應(yīng)是非常有用的一個技術(shù)，它不僅可以極大的降低拉曼測量的探測極限，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，類胡蘿卜素以及其他一系列生物重要分子的電子能級之間躍遷能量差都處在可見光范圍之內(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)還有一個非常實際的應(yīng)用。那就是二分之一載色體的光譜由于這種共振作用會得到增強，而它周圍的環(huán)境則不會。對于生物染色體來說這就意味著，我們使用可見光即可特定的探測到有源吸收中心，而它們周圍的蛋白質(zhì)陣列則不會探測產(chǎn)生影響（這是因為這些蛋白質(zhì)需要紫外光才能使其產(chǎn)生共振增強作用）。在化學(xué)上探測金屬中心合成物，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)，因為這些材料對于可見光都有著很強的吸收。
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。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，而其他物質(zhì)則不會，非常便于目標(biāo)確認(rèn)及分析。例如，200nm的激勵光能夠增強氨基化合物的振動峰；而220nm的激勵光則可以增強特定的芳香族殘留物的振動峰。水中的拉曼散射非常弱，這個技術(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。