激光共焦显微拉曼光谱与应用

    1 前言

    二十世纪20年代初，光的综合散射效应被发现，其主要原理是:当用单色光照射物质时，会产生与人射光波长相同的瑞利(Rayleigh)散射线，同时还产生一系列波长大于和小于人射光波长的散射线。1928年，印度科学家拉曼(C，V.Raman)和苏联科学家拉德斯别格分别独立地用实验证实了散射效应(后称拉曼效应)。它是激光拉曼光谱的基础。

    本世纪60年代，能提供单色光源的激光器出现，使拉曼光谱仪的研制获得重要进展;尤其是进人90年代，多种商品拉曼光谱仪相继问世:Renishaw、Chernlcon、Chromex、Dilor、JobinYuon、KaiserOPtiealSysterns、Spex等公司制造出不同型号的色散拉曼光谱仪;Nieolet、Bio一Rad、Bruker、PerkinElmer等公司制造出各种傅里叶变换拉曼光谱仪^[1]。

    1993年，英国的利兹(Leeds)大学和雷尼绍(RenishawPlc.)公司合作，研制出新一代激光共焦显微拉曼光谱仪，其主要部件包括:激光器作为单色光源，有可见光和近红外激光器，以及紫外激光器可供选择;能抑制瑞利散射，又高效透过拉曼信号的全息滤光片;二维CCD探测器，能够在可见和近红外区进行有限噪声关闭检测;高分辨率衍射光栅;显微镜;计算机数据处理系统和探头等。该仪器将在常规检验和样品微量分析中起到越来越大的作用。

    2 拉曼光谱的特点

    2.1 拉曼光谱与红外光谱

    红外光谱是四大波谱(红外、紫外、核磁和质谱)之一，无论是仪器及联用技术，还是研究应用都是相当成熟的分子结构研究手段;其实，拉曼光谱与红外光谱一样，同属分子振动光谱范畴。只是研究分子间作用力的种类不同，红外光谱的产生是由于吸收光的能量，引起分子中偶极矩改变的振动;拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应，引起分子中极化率改变的振动;所以，红外光谱是吸收光谱，拉曼光谱是散射光谱，它们虽然同属于研究分子振动的谱学方法，但各自的侧重点有差异，具有互为补充的性质;在国外，研究领域，往往同时用红外光谱和拉曼光谱(简称双谱)研究同一样品，可以获取更多的分子结构信息。尤其是在法庭科学领域，进行微量物证鉴定的比对分析，采用双谱同时分析，可以增加物证鉴定结论的可靠性，尽可能地减少误判。拉曼光谱仪和红外光谱仪的比较列于表1。

    2.2 色散拉曼光谱仪与傅里叶变换拉曼光谱仪

    目前，世界上仪器厂商推出的拉曼光谱仪商品型号很多，但从仪器主要构件和计算机计算方式来分，主要可分为色散型拉曼光谱仪和傅里叶变换拉曼光谱仪两类，两类仪器都有各自的优缺点，分别适合于不同类型样品测试拉曼光谱的需要;为了满足测试微量样品的需求，两类仪器都增加了相应的微量样品观测、选样品测试点和微样检测功能附件—激光共焦显微镜和傅里叶变换拉曼显微镜。