拉曼光谱 - 如何优化在拉曼实验中收集的数据

拉曼光谱学可以描述为能够检测和区分材料的独特指纹的分子类型的光谱学。典型的拉曼应用是化学。

基本上，拉曼光谱仪由单色光源组成，例如，激光和光谱仪。窄带光源朝向通过光谱仪测量的样品突出。从该角度来看，测量原理可以被认为是反射测量。这与基于吸收的其他材料确定方法形成对比。

拉曼效应

光源的高能平导致所谓的自发拉曼效应：由光源的入射电磁波引起的非弹性光散射形式，其改变了分子的振动能量水平。

由于振动能量水平的这些变化，入射光的一部分被移位为其他波长（或频率）。这些换档称为无弹性散射，并且可以分别被称为斯托克斯或抗Stokes偏移的减少或增加。

在非弹性散射旁边，可能发生弹性散射。后者是窄带光源的完全相同波长的散射，并且称为瑞利散射。下图显示了振动能级的透视图的三种类型散射的示例。

移位波长的强度和移位量取决于分子。每个分子在波长和偏移波长的强度中具有自身，独特的偏移 - 一种指纹。这些指纹可以绘制为图形，数据可以记录在库中以供将来使用。这样，可以通过将测量欧洲杯足球竞彩的指纹与存储在库中的指纹进行比较来识别材料，直接显示检测到的类型的分子。

收集数据

它可以发出简单和容易，可以通过掌握可用的数据拉曼光谱学是非常具有挑战性的。其中一个主要困难正在收集提供典型指纹的非弹性散射。测量的样品不仅反映了两种类型的散射，而且还以相当不希望的比例：大多数散射是瑞利散射。只有非常少量，大约10^-5占光的百分比是无弹性散射。

在这种观点中，非弹性散射信号非常弱，使其难以区分分子。通常可以为更长的集成时间进行弱信号进行补偿。设计了一个非常良好的深度补偿光谱仪对于这些应用是必不可少的。然而，由于大量的瑞利散射，信号将直接饱和并在使用长集成时间时识别分子。

短积分时间将导致信噪比差，这是不合适的进行准确测量。从噪声几乎没有区分波长偏移。显然，光源的波长范围被排除在测量结果之外。因此，适当地消除瑞利散射对于拉曼光谱是必不可少的。

这也解释了使用窄带光源的原因。单色光源仅取出波长范围的非常小的部分，从而留下大部分波长范围用于测量和检测移位散射的可能性。通常，示出分子指纹的图表在0点处从瑞利散射绘制。瑞利频段为0^-1厘米。

意识到单色（通常是激光）光最适合拉曼光谱，特定波长的选择在很大程度上取决于应用。更短的波长将导致更强大的拉曼信号，因此将被认为是一个优势。然而，大多数有机分子将以短波长点亮时显示荧光效应。这些换档可能干扰无弹性散射，并且可能导致测量样本的错误解释。因此，具有不同波长的激光可以导致完全不同的拉曼光谱。

结论

对于需要分子鉴定的化学和其他应用，拉曼光谱提供了许多优点。首先，需要对适当的测量仅需要非常小的材料。直径小于1μm的区域足以进行分子检测。另外，可以直接测量样品。不需要样品制备，从而节省时间。

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