【正文】 區(qū)產(chǎn)生吸收，減少了干擾，如谷物中微量水的測定； ? 近紅外短波在固體樣品中穿透深度可達幾厘米，能直接分析固體樣品； ? 儀器簡單，適于自動在線和無損分析，被稱為環(huán)境友好的綠色快速分析技術(shù)； 發(fā)展現(xiàn)狀 ? 1988年建立了國際近紅外光譜協(xié)會 ? 90年代初創(chuàng)刊了國際 Journal of Near Spectroscopy ? 國內(nèi)近年來在儀器研制和分析應(yīng)用方面取得了進展 (二 )、近紅外光譜的儀器 光源 光柵 檢測器 樣品室 800 900 1000 苯 異辛烷 正庚烷 Ａ 五 拉曼光譜法 Raman spectroscopy (一 )、 概述 歷史 ? 拉曼效應(yīng)發(fā)現(xiàn)于 1928年，發(fā)現(xiàn)者為印度物 理學(xué)家 . Raman ? 拉曼光譜與紅外光譜同屬分子振動光譜， 但紅外光譜依據(jù)分子對光子的特征吸收而 拉曼光譜則依據(jù)分子對光的散射 ? 拉曼光譜經(jīng)歷了兩次大的發(fā)展機遇（ 60年 代激光在拉曼光譜中的應(yīng)用；最近的表面 增強拉曼光譜進行單分子分析） 特點 ? 研究分子結(jié)構(gòu)時與紅外光譜互為補充，分 子振動時，如果偶極矩改變，產(chǎn)生紅外光 譜，如果分子極化率改變，產(chǎn)生拉曼光譜 ? 信息量豐富，但圖譜較紅外簡單，加之強 度與樣品濃度成簡單線形關(guān)系，因此用于 定量分析有一定優(yōu)點 ? 水的拉曼峰很弱，可用做溶劑進行結(jié)構(gòu)分 析，此外，拉曼測定制樣簡單，樣品可以 是固體、液體或氣體 (二 )、 理論基礎(chǔ) 拉曼散射效應(yīng) Rayleigh 散射 Raman 散射 1 2 3 4 虛態(tài) 虛態(tài) Rayleigh散射 ——彈性碰撞 方向改變而未發(fā)生能量交換 Raman散射 ——非彈性碰撞 方向改變并發(fā)生能量交換 1 2 3 4 Stokes線 ?s = ?0 ? ? ?s = ?0 (E1E0) / h 反 Stokes線 ?s = ?0 + ? ? ?as = ?0 + (E1E0) / h ?0——入射光頻率 ? ?—拉曼位移 ? ? = (E1E0) / h 據(jù) Boltzman定律，常溫下大多數(shù)分子處于基態(tài)，所以 Stokes線強度大于反 Stokes線強度，但高溫下反Stokes線可大大增強。 拉曼位移取決于分子的振動能級的改變，不同的化學(xué)鍵或基團有不同的振動能級， 與之相對應(yīng)的拉曼位移 ? ?也是特征的，這是拉曼光譜作為分子結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)。 拉曼活性的判斷 拉曼光譜是否出現(xiàn)，即分子是否有拉曼活性，取決于分子在運動時某一固定方向上誘導(dǎo)出的電偶極矩是否改變。分子的電偶極矩由下式表示： P = ? E = ? E0cos2??0t （ 1） 分子的電子云在交變電場作用下會誘導(dǎo)出電偶極矩 P ?——分子的極化度（ Polarizability) E——入射光的 交變電場強度 分子的極化度反映分子的屬性。 在交變電場作用下，當(dāng)分子的振動引起分子極化度 ? 改變時，則產(chǎn)生拉曼散射。 ? = ?0 + （ d ?/dq)0q （ 2） 式中 ?0是分子在平衡位置的極化度 q是雙原子分子的振動坐標(biāo) q = r – re 式中 r 是雙原子分子的核間距 re是平衡位置的核間距 已知： q = q0 cos2??t 所以 P = ? 0E0cos2??0t + 1/2 q0E0（ d ?/dq)0 [cos2?(?0 ?) t + cos2?(?0+ ?) t ] 瑞利散射 拉曼散射 Stokes線 反 Stokes線 （ d ?/dq)0 = 0是拉曼活性的依據(jù)，分子振動時極化度隨振動改變就會產(chǎn)生拉曼散射，即分子具有拉曼活性。 拉曼活性與紅外活性比較 均來源于分子的振動頻率變化 ? 相互排斥原則：具有對稱中心的分子，其紅外 和拉曼活性是互相排斥的，紅外吸收強則拉曼 吸收弱。例如：極性基團振動時常伴隨偶極矩 變化，因而產(chǎn)生較強的紅外吸收，非極性基團 振動時極化度變化越大，拉曼散射越強，故非 極性基團分析常用拉曼光譜 C—C S—S N—N 拉曼強 ? 相互允許原則：凡是沒有對稱中心的分子， 紅外和拉曼都是活性的 ? 相互禁阻規(guī)則：對于少數(shù)分子的振動，其紅 外和拉曼光譜都是非活性的。如乙烯分子的 扭曲振動，既沒有偶極矩的變化，亦沒有極 化度的變化，在紅外和拉曼光譜中均得不到 譜峰。 3000 2022 1500 1000 500 拉曼位移 /cm1 3600 I C—C C—H 拉曼譜的去偏振度及其測量 去偏振度 ? 與分子的極化度有關(guān)，如果分子的極化度中各向同性部分為 ?，各向異性部分為 ?， 則 ? = 3 ?2 45 ?2 + 4 ?2 對球形分子 ? =0， 所以 ? = 0 分子各向異性 ? = 0， ? =3/4 所以 ? 0 因此， ?越小，分子對稱性越高 通過測量拉曼譜線的去偏振度可以確定分子的對稱性 C N（ CH3） 2 N（ CH3） 2CI （ CH3） 2 N C N（ CH3） 2 N（ CH3） 2 （ CH3） 2 N + + 測得： ? 0 故為對稱結(jié)構(gòu) 結(jié)晶紫 去偏振度測量 ? = I? I// 入射光 拉曼散射 偏振器 5. 拉曼光譜的強度 I = K (?0 ?) 4 I0 ( ) d? dr (三 )、 拉曼光譜儀 光源 單色器 檢測器 樣品室 光源 通常采用激光光源 （ 1） HeNe激光器 主要波長 nm （ 2）氬離子激光器 主要波長 nm nm —— 與 Rayleigh散射一樣，拉曼散射的強度反比于波長 的四次方，因此使用較短波長的激光可以獲得較 大的散射強度 —— 熒光干擾拉曼光譜的測定，因此當(dāng)樣品或雜質(zhì)有 熒光時，使用較短波長的激光也獲得較大的熒光 干擾 樣品室 ——樣品池的設(shè)計可用于測不僅液體、固體、也可氣體 ——可進行變溫、變壓實驗 ——為防止樣品在強光照射下分解，可設(shè)置旋轉(zhuǎn)池 單色器 色散型 ： 色散性好且降低雜散光影響 常采用雙光柵分光 非色散型： 采用傅立葉變換型儀器 (四 )、檢測器 早期采用攝譜儀 現(xiàn)采用光電倍增管和 CCD 顯微拉曼分析儀器 CCD ?Unfiltered ?Filtered without R6G ?2 1011M R6G ?2 1011M R6G ?2 1010M R6G ?2 109M R6G (五 )、高靈敏度拉曼光譜分析的應(yīng)用 傳統(tǒng)上認(rèn)為，拉曼光譜的主要缺點是靈敏度低，其強度較熒光若 10121014數(shù)量級，因此應(yīng)用受到限制。為了提高靈敏度，近年來發(fā)展了一些新的技術(shù)： 共振拉曼光譜 當(dāng)激光的頻率接近或等于樣品分子中某些官能團（生色團）的電子躍遷吸收頻率時，由于電子躍遷和振動躍遷的耦合，產(chǎn)生共振拉曼效應(yīng)。 拉曼譜線強度提高 104106倍。 表面增強拉曼散射效應(yīng) Surfaceenhance Raman Scattering （ SERS） 拉曼譜線強度提高 10121014倍 ?INRS(?s)=NI(?l)Sfree Raman 普通 Raman 表面增強 Raman機理示意圖 ?SERS ?Ag ? ISERS(?s)=N’I(?l)|A (?l)|2|A(?s)|2S ads ? SERS基質(zhì) ? 金屬 Ag,Au,Cu Ni,Al,Li,Na,K,Pt ? 半導(dǎo)體 CdS,Fe2O3,TiO2 ? SERS活性物質(zhì) ? 先決條件：能吸附在金屬基體表面 ? 吡啶等雜環(huán)化合物 ? 苯甲酸衍生物 ? 氰基衍生物 ? 一些染料，金屬絡(luò)合物，生物分子，無機分子 ?1984年 ,《 》 上 Peter Hildebrandt等首先研究了 R6G在 Ag膠表面 SERS光譜，發(fā)現(xiàn)兩種不同機理造成的增強，聚集的納米銀粒子有更強的 Raman增強。 ?1997年， 《 Science》 上， Shuming Nie 和 利用 Ag和 R6G進行了單分子、單納米粒子檢測。他們發(fā)現(xiàn)在一些單個納米 Ag粒子表面， SERS增強因子可達 101415. ?1999年 11月， 《 Journal of American Chemical Society》 ，Michaels Rayleigh散射研究，對比 SERS,建立了一個新的模型。 SERS免疫分析