拉曼显微镜的基础知识

什么是拉曼显微镜？

拉曼显微镜（或称显微拉曼显微镜）是一种结合了拉曼光谱仪和光学显微镜的测量仪器。

它能够对化学结构、分子间相互作用和结晶性等物质的详细信息进行无损分析。 通过将拉曼光谱仪与显微镜结合，可以在显微镜下观察靶材，测量选定区域并获得成分分布的可视化图像。

拉曼显微镜的应用

拉曼光谱基于化学键，因此测量可以提供以下信息。

• 化学结构

• 拓扑与多态性

• 应变

• 杂质、污染

由于拉曼光谱对每种物质都是*的，因此可以用来快速识别物质或区分它们与其他物质。 此外，拉曼显微镜还可用于分析多种样品。 一般来说，它不适合分析金属或合金，但适合以下分析。

• 固体、粉末、液体、凝胶、浆状物、气体

• 无机、有机、生物材料

• 纯化学物质、混合物、溶液

• 金属氧化物与腐蚀

拉曼显微镜的典型例子包括以下几种。

• 艺术与考古领域中颜料、陶瓷和宝石的特征描述

• 碳材料纳米管的结构、纯度、缺陷和扰动评估

• 在化学、结构、纯度和反应监测领域

• 在生命科学、单细胞与组织、药物相互作用、疾病诊断领域

拉曼显微镜的结构

拉曼显微镜是一种结合了拉曼光谱仪和显微镜的测量仪器，其结构如上图所示。

激光源的照射通过显微镜的物镜引导到样品，并照射到样品上。 样品产生的散射光通过物镜聚焦，仅通过瑞利光切割滤镜检测拉曼散射光。

拉曼显微镜原理

当光照射到材料上时，会发生散射。 大多数散射光是与被照光波长相同的雷利散射光，但也有一些散射光的波长与被照光略有不同;这种散射光称为拉曼散射光。

拉曼散射光有两种类型：斯托克斯散射，波长比被照光长;反斯托克斯散射，波长更短。然而，一般拉曼显微镜测量的斯托克斯散射光强度更强。

拉曼散射光是照射光与材料相互作用的结果，雷利散射光与拉曼散射光的波长差对应于被照射材料分子振动的能量。 已知拉曼散射的分子振动仅发生在具有拉曼活度的振动模态中，因此可以基于分子结构推断和模拟拉曼活振动态。

红外分光光度计是利用分子振动的类似分析设备，但它们能测量的分子振动不同，因此是互补的分析仪器。

由于分子振动的能量因分子类型和键态不同而变化，因此可以获得不同的拉曼光谱。 通过比较拉曼光谱的峰值位置及其相对峰值强度与已知物质，可以确定物质。 此外，以下解释常用于定性分析。

• 化学键的峰值位置信息
  

• 峰值位移：关于
  分子间相互作用、应力与应变的信息

• 光谱波形、
  分子结构信息及晶体结构差异

• 半价区间
  ：晶体与非晶性质的差异

定量分析也可利用谱强度与浓度成正比的事实。