拉曼光谱技术小课程之二

拉曼和红外光谱

拉曼光谱和红外光谱都是用来检测物质分子的振动和转动能级,进而研究分子结构和化学组成的有力工具,他们相互补充,能提供更丰富的信息。

拉曼光谱是散射光谱,红外光谱是吸收光谱,对于具有对称中心的分子,它们没有频率相同的谱带,如具有对称中心的聚乙烯的拉曼光谱和红外光谱便没有一条谱带的谱率是相同的。两者的结合,可以比较理论与实际的光谱,判断构建出的结构模型的准确性,这对小分子结构和大分子构像的研究起着极其重要的作用。

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通过对样品的检测,学者[1]得到拉曼光谱图和红外光谱图分别对包裹Fe3C纳米粒子的氮掺杂碳纳米管(Fe3C@NCNTs)的表征。通过图像可以看出拉曼光谱更清晰,重叠带很少见到,谱图解析会更方便,反映出了合成材料的结构特征及石墨化程度。红外光谱检测到了含氧官能团,随温度的升高,石墨烯结构的进行演变,不稳定的O和N发生了分解。


拉曼光谱天敌——荧光的抑制方法

拉曼散射是光子与分子的相互作用,当激发光子的能量接近两个电子态之间的跃迁能量时,就会出现共振拉曼或者共振荧光。荧光的强度远远大于拉曼散射光,会掩盖拉曼信号的特征。

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下面介绍几种抑制荧光的方法:

荧光淬灭剂法是最传统的一种方法,该方法需要向样品中添加一定的荧光淬灭剂,利用淬灭剂分子样品分子之间发生物理化学反应来降低样品分子的荧光发射强度。

光漂白法也是一种常用的方法,它需要用激光对样品预先照射一段时间,使荧光分子发生光化学变化,从而降低荧光发射强度。

数值拟合是常用的光谱数据处理方法,包括频域滤波、小波变换、曲线拟合等。

偏振调制法是基于拉曼光与荧光的偏振特性不同提出的,荧光大多是非偏振光,而拉曼光是部分偏振光,采用偏振斩波器,将光分成两路,一路进入单色仪作为输入信号,另外路作为参考信号,利用锁定放大器进行检测,可以充分区分开荧光与拉曼光。

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 除了以上常用的几种方法,还有根据激发光波长的依赖程度不同而提出的移频激发法、高频信号响应的快慢不同而提出的高频调制法以及两种光寿命不同提出的门控法。

参考:

[1]Shang Y, Chen C, Zhang P, et al. Removal of sulfamethoxazole from water via activation of persulfate by Fe3C@ NCNTs including mechanism of radical and nonradical Process[J]. Chemical Engineering Journal, 2019: 122004.