２０１ ７年第７期 浅析拉曼光谱的原理及其应用 刘顺彭 广东理工学院。广东肇庆５２６１ Ｏ０ 摘要本文简述了拉曼光谱产生的基本原理及其发展，从矿床学、无机物等方面讨论了拉曼光谱在不同研究领 域的应用，简要介绍了表面增强拉曼光谱技术、高温拉曼光谱技术、共振拉曼光谱技术、共焦显微拉曼光谱技术等。 关键词拉曼光谱；原理；应用 中图分类号Ｏ６ 文献标识码Ａ 文章编号２０９５－６３６３（２０１７）０７－０００１－０１ １拉曼光谱的发展 拉曼谱参数回归方程，再利用方程计算源岩的埋藏历史、 １９２８年，一个叫Ｃ．Ｖ．Ｒａｍａｎ的印度物理学家发现 沉积环境，然后综合分析判定其具有的油、气潜力。拉 一种散射光谱，并称之为拉曼光谱。刚发现该光谱的时 曼光谱在一定程度上促进了矿床学的研究。 候它的聚焦必须要用日光来当光源，后来人们慢慢发现 ４拉曼光谱技术 汞弧灯的聚集性更好更方便，就用汞孤灯替代了日光。 但是汞弧灯存在强度不太高、单色性差等缺点，这在一 ４．１表面增强拉曼光谱技术 定程度上阻碍了拉曼光谱的发展。到６０年代后，微弱 在一些特殊的金属良导体表面或溶胶的制备过程 信号检测技术得到改善，计算机应用普及，又引入激光 中，表面增强拉曼散射的吸附分子的拉曼散射信号远大 光源，这些都给拉曼光谱的发展带来了新的转机。再后 于普通拉曼散射信号。拉曼光谱最显著的缺点是灵敏度 来，激光拉曼探针的出现使拉曼光谱技术出现了质的 很低，而表面增强拉技术恰好克服了这一缺点，并且能 飞跃。 够获得常规拉曼光谱不易获得的结构信息。这也就是表 ２拉曼光谱的特点 面研究、吸附界面表面状研态究等都运用表面增强拉曼 光谱技术的原因。 分子的简正振动过程中极化率的变化的大小不能 决定红外光谱中的谱线强度，但是能决定拉曼光谱的谱 ４．２高温拉曼光谱技术 线强度，这也就使得通过拉曼光谱可以检测红外光谱仪 运用高温激光拉曼技术时，拉曼光谱的谱峰频率、 中无法检测出来的信息。拉曼效应是所有分子的共性， 位移、峰高、峰宽、峰面积及其包络线的量化解析都会 且其存在的形态不影响这一效应，这也说明拉曼效应具 发生变化。因此，工业冶金、制作玻璃、研究地质化学、 有普遍性。用拉曼散射光谱检测样品时，样品不需要特 探究晶体的生长等涉及固体的高温相交过程，熔体的键 殊制备，样品数量的多少也无所谓，在探测样品时拉曼 合结构的研究领域，通常都会使用高温拉曼光谱技术。 散射采用光子探针，这种探针不会损伤样品，可保全样 ４．３共振拉曼光谱技术 品的完整性。 要想提高分子的某个或几个特征拉曼谱带强度， ３拉曼光谱在不同研究领域的应用 并使其达到正常拉曼谱带的１０４～１０６倍，就必须用到 ３．１在无机材料中的应用 共振拉曼光谱技术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱 灵敏低这一缺点，同时它还具有一个非常大的特点，就 在研究低维纳米材料的众多方法中，拉曼光谱法 是只要共振拉曼光谱产生的激光频率与待测分子的电子 俨然成为了首选。在纳米材料中，包括组成成分、键合 吸收峰接近或重合时，就可以观察到泛音及组合振动光 类型、制备纳米材料的方法以及制作工程中必要的热处 谱，这在常规的拉曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光 理环节，都能影响纳晶界结构本身又比较复杂，这就使 谱的高灵敏性，用于低浓度检测再好不过，甚至可以不 得纳米材料的研究难以进行，而拉曼光谱法恰恰可以解 加任何处理就得到人体体液的光谱图。若要其灵敏度可 决这一问题，纳米材料的结构信息可以通过拉曼频率表 以达到单分子检测，只需将共振拉曼光谱技术与表面增 现出来。所以不管是从纳米材料的分子结构去分析，还 强技术相结合。 是从键态特征角度去看，又或者是进行其定性鉴定，都 能利用拉曼光谱获得重要信息资料。 ４．４共焦显微拉曼光谱技术 ３．２在矿床学中的应用 要想提高分子强度，就必须用到共振拉曼光谱技 术。共振拉曼光谱不仅弥补了拉曼光谱灵敏低这一缺点， 拉曼光谱法可应用在矿床学中，对沉积有机质或 同时它还具有一个非常大的特点，就是只要共振拉曼光 有机碳质物进行研究。沉积有机质会发生热蚀变现象， 谱产生的激光频率与待测分子的电子吸收峰接近或重合 拉曼光谱对这种变化异常敏感，所以有机质的拉曼光谱 时，就可以观察到泛音及组合振动光谱，这在常规的拉 会随着演化阶段而发生系统性的变化。根据这一特性， 曼光谱中是极难见到的。共振拉曼光谱的高灵敏性，用 研究沉积有机质时，就可以依靠有机质的拉曼谱图建立 于低浓度检测再好不过，甚至可以不加任何处理就得到 （下转第８页） 作者简介：刘顺彭，广东理工学院。 科学前沿论坛 员还会参加比如全国科技馆辅导员大赛、全国科学表演 大赛、全国科普讲解大赛等行业内外的比赛，虽然获奖 之后会有一定奖励，但是奖励有限，且没有形成长效奖 励制度。 其次，“吃大锅饭”的思想依然存在。由于没有 建立健全针对科技辅导员的考核机制，干多干少一个 样，干与不干一个样。这是目前制约科技馆发展，影响 年轻人进步的一大阻碍。科技辅导员参与展教活动的策 划和实施，接待观众进行辅导、讲解、实验演示或科普 剧表演等应该进行量化和细化，对辅导场次、能力和水 平进行评分，完成每年规定的工作量，年终进行专门考 景的人来讲，则具有一定难度和挑战。而且，科学技术 日益进步，作为科技辅导员更是要及时了解科技前沿最 新动态。所以，定期组织有关于科学原理和科技进展的 专业课程和培训、邀请专家老师进行授课必不可少。 第二，科技馆的发展如果只和自身相比，无法真 正得知差距和不足。国内和国际上目前经常开展科技馆、 科学中心的相关会议、比赛和培训，只有走出去，多学、 多看、多想、多对比，才能有更加深刻的认识、更加广 阔的视野。要加大对馆内科技辅导员外出学习、培训的 支持，提供渠道和平台，促进个人的发展，从而带动整 体的进步。 核和打分，加上个人获奖、发表论文等情况进行综合考 量，考核结果与每个辅导员晋级职称和评选优秀等直接 挂钩。 最后，要结合考核制度，合理优化辅导员工作内容。 科技辅导员不仅要承担实体科技馆、流动科技馆工作， 还要做办公室、行政、申报，甚至财务等工作，长期以 来在一个部门一个岗位，这在一定程度上削弱了其专业 性和工作积极性。必须通过优化工作内容和结构，适当 进行人员的部门和岗位的轮换制度，让辅导员可以及时 调整工作状态、有更多时间和精力放在主业上。 ４结论 科技馆是一个城市甚至一个国家的基础建设中不 可取代的一环，是非常重要的场所。科技辅导员的工作， 上接科研成功和科学原理，下接日常生活及普通大众， 所以科技馆辅导员就是纽带，连接着科技和社会、科学 家和老百姓。辅导员的水平，直接从一个方面展示出一 个科技馆的综合能力。辅导员不是单纯的讲解员，更是 答疑解惑的科学教师，除了要有扎实的知识水平作为基 础，还要提升讲解水平和能力，以及锻炼和塑造自身良 好的心理素质和公众形象。进一步加强科技馆科技辅导 员的培养，才能促使科技馆的进步和发展，使科学普及 和科技创新齐头并进，大放异彩。 参考文献 ［１］张彩霞，袁辉．我国科技辅导员的现状及其职业发展路径研 ３．２ 增加辅导员专业培训，增加科技辅导员外出学 习及培训机会 第一，科技馆科技辅导员的组成多样，个人背景 及专业各不相同。科技馆展品大多以数学、物理、化学、 生物、地理、天文等自然科学为主，这对辅导员个人的 专业基础知识有严格的要求，作为科学的传播和普及者， 对于科学原理的把控必须准确无误。这对于理工科专业 的辅导员来说有很大优势，但是对于文学艺术类专业背 （上接第１页） 究［Ｊ】．科普研究，２０１６（４）：４６． ［２］叶洋滨．浅谈科技馆辅导员培养评定制度的建立［Ｊ］．科技视 界，２Ｏ１ ３（６）：１７３． 人体体液的光谱图。若要其灵敏度可以达到单分子检测， 的意义。 只需将共振拉曼光谱技术与表面增强技术相结合。 ４．５傅立叶变换拉曼光谱技术 从２０世纪９０开始，傅立叶变换拉曼光谱逐渐发 参考文献 展起来。在１９８７年，第一台近红外激发傅立叶变换拉 曼光谱（Ｎ ＩＲ ＦＴ－Ｒ）仪面向世界，由Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ 公司推出了。为了减弱荧光背景，照射样品采用的是 １ ０６４ｍｍ的近红外激光。此后，化学、生物学和生物医 学样品的非破坏性结构分析研究中都有用到傅立叶变换 拉曼光谱技术。 ［１】冯艾，段晋明，杜晶晶，等．环境水样中五种多环芳烃 的表面增强拉曼光谱定量分析【Ｊ］．环境化学，２ ０１ ４，３ ３ （１）：４６－５２． ［２］王松，付作鑫，王塞北，等．银基电接触材料的研究现状及 发展趋势［Ｊ］．贵金属，２０１ ３，３４（１）：７９—８３． ［３］周凤羽，尤静林，王媛媛，等．钨酸铅晶体及其熔体结构的 高温拉曼光谱研究［Ｊ］．光谱学与光谱分析，２ Ｏ１ ３（６）： １５０７－１ ５１ Ｏ． ４．６拉曼光谱与其他仪器联用技术 拉曼光谱与其他仪器的联用与其单独使用相比， 可以获得更多的有用信息，且信息的可靠度也得到大大 提高。正是如此，拉曼光谱仪和这些不同仪器的联用得 到了全球各地的研究单位的密切关注，并且开始着手 研究。 ［４】许永建，罗荣辉，郭茂田，等．共聚焦显微拉曼光谱的应用 和进展【Ｊ］．激光杂志，２００７（２）：１ ３一ｌ４． 【５］张延会，吴良平，孙真荣．拉曼光谱技术应用进展［Ｊ］．化学 教学，２００６（４）：３２—３５． ［６］任斌，田中群．表面增强拉曼光谱的研究进展…．现代仪器 与医疗，２００４（５）：１－８． ５结论 通过以上理论分析，我们可以总结出来这样一个 结论：拉曼光谱技术是所有化学、物理技术中最为卓越 的，而拉曼光谱仪的发展对各个领域的研究都有着非凡 ［７］吴征铠．拉曼光谱的发现和最近的发展［Ｊ］．光谱学与光谱分 析，１９８３（２）：３－９． 【８］常建华，董绮功．波谱原理及解析［Ｍ］．北京：科学出版社， ２００】．
