A tecnologia espectral Raman, com suas vantagens ricas em informações, amostragem simples e pequena interferência da água, tem amplas aplicações em química, materiais, física, polímeros, biologia, medicina e geologia.
01. Aplicações do espectro de Raman na pesquisa química
O espectro de Raman é usado principalmente na química orgânica como um meio de identificação estrutural e interações moleculares, e é complementar ao espectro infravermelho para identificar características estruturais especiais ou grupos característicos. O tamanho, a intensidade e a forma do pico de Raman são fundamentos importantes para a identificação de ligações químicas e grupos funcionais. Usando as propriedades de polarização, o espectro de Raman também serve como base para julgamentos de isômeros moleculares.
Em compostos inorgânicos, as ligações covalentes entre íons metálicos e ligadores têm atividade de Raman, o que permite que a espectroscopia de Raman forneça informações sobre a composição, estrutura e estabilidade dos ligadores. Além disso, muitos compostos inorgânicos têm uma variedade de estruturas cristalinas que têm atividades de Raman diferentes, de modo que o espectro de Raman pode ser usado para medir e identificar a estrutura cristalina de compostos inorgânicos que não podem ser completados com o espectro infravermelho.
Na química catalítica, a espectroscopia de Raman fornece informações estruturais sobre o próprio catalisador e as espécies na superfície, além de estudar em tempo real o processo de preparação do catalisador. Ao mesmo tempo, a espectroscopia de Raman a laser é um método importante para estudar a estrutura e o desempenho da interface eletrodo / solução, capaz de estudar os problemas fundamentais como a estrutura da interface eletroquímica, a adsorção e a reação a nível molecular e ser aplicada em áreas como eletrocatalise, corrosão e galvanização.
02. Aplicações do espectro de Raman na pesquisa de materiais poliméricos
O espectro de Raman fornece muitas informações importantes sobre a estrutura de materiais de polímeros. Estrutura e composição molecular, estereoregularidade, cristalização e orientação, interações moleculares e estrutura de superfícies e interfaces. A largura do pico Raman pode caracterizar a pureza estereoquímica de materiais poliméricos. Como uma amostra de campo irregular ou uma amostra com estruturas misturadas cabeça-cabeça, cabeça-cauda, os picos de Raman são fracos e largos, enquanto amostras altamente ordenadas têm picos de Raman fortes e afiados.
O estudo inclui：
(1) Estrutura química e julgamento estrutural: esqueletos como C = C, C-C, S-S, C-S, N-N em polímeros são muito sensíveis ao espectro de Raman e são frequentemente usados ​​para estudar a composição química e a estrutura de polímeros.
(2) Análise quantitativa de componentes: a força de dispersão de Raman e a concentração de polímeros são lineares, facilitando a análise do conteúdo de componentes de polímeros.
(3) Caracterização da fase cristalina e amorphosa e monitoramento do processo de cristalização e cristalidade do polímero.
(4) Estudo de processos dinâmicos: processos dinâmicos que acompanham a reação de polímeros, tais como polimerização, fissura, hidrolise e cristalização. Algumas faixas características do espectro de Raman correspondentes podem ter mudanças de intensidade.
(5) Estudo de orientação de polímeros: a heterogeneidade da cadeia de polímeros inevitavelmente traz a heterogeneidade da dispersão da luz, o desvio da faixa de Raman da medição da molécula pode obter informações importantes sobre a configuração ou a configuração molecular.
(6) Estudo de compatibilidade de misturas de polímeros e interações moleculares.
(7) Monitoramento do processo de relaxamento de tensão e tensão de materiais compostos.
(8) Monitoramento do processo de reação de polimerização e do processo de endurecimento do polímero.
03. Aplicações do espectro de Raman na ciência dos materiais
O espectro de Raman é uma ferramenta poderosa para o estudo da estrutura da matéria na ciência dos materiais e pode fazer muito trabalho em temas como interfaces de composição de fases e limites cristalinos. Inclui:
(1) Estudo de Raman sobre materiais estruturais de película fina: o espectro de Raman tornou-se um meio de detecção e identificação para a preparação de películas finas em CVD (método de deposição de fase química). Raman pode estudar estruturas de silício único, múltiplo, micro e não cristalino, bem como a estrutura de películas finas em camadas como boro de silício não cristalino, hidrogênio de silício não cristalino, diamantes e diamantes.
(2) Estudo de materiais de super grade: a tensão da camada de tensão pode ser calculada medindo o deslocamento de frequência de Raman da camada de tensão na super grade, de acordo com a simetria do pico de Raman, conhecer a integridade da grade.
(3) Estudo de materiais semicondutores: o espectro de Raman pode medir a distribuição de danos semicondutores após a injeção de íons, pode medir a composição de semicondutores semimagnéticos, a massa da camada extensa, a concentração de veículo componente da mistura de camada extensa.
(4) Estudo Raman sobre a estrutura de materiais resistentes a altas temperaturas.
(5) Estudo de Raman das moléculas de carbono inteiro.
(6) Estudo do efeito de dimensão quântica dos nanomateriais.
04. Aplicações do espectro de Raman na pesquisa biológica
O espectro de Raman é um poderoso meio para estudar as macromoléculas biológicas, porque o espectro de Raman da água é fraco e o espectro é muito simples, o espectro de Raman pode estudar a estrutura das macromoléculas biológicas e suas mudanças perto do estado natural e ativo.
O espectro de Raman das biomoléculas pode obter muitas informações valiosas ao mesmo tempo.：
(1) Estrutura secundária da proteína: alfa-espiral, beta-dobragem, enrolamento irregular e beta-retorno.
(2) configuração da cadeia principal da proteína: amida I, III, C-C, C-N vibração estiral.
(3) Configuração da cadeia lateral da proteína: a configuração e a forma de presença da cadeia lateral da fenilalanina, tirosina, tranina e estes dois variam com o seu microambiente.
(4) Alterações de carboxilo, mercetal, S-S, C-S sensíveis a mudanças de configuração.
(5) O fenômeno isomérico de rotação da cadeia de hidrocarboneto de ácidos graxos em biofilmes.
A estrutura molecular do DNA e o papel do DNA com outras moléculas.
(7) Estudar as interações, estruturas, componentes de lípidos e biofilmes.
(8) Fornecer informações importantes sobre as interações de proteínas e lípidos no biofilme.
05. Aplicação do espectro Raman na pesquisa de ervas
Várias ervas chinesas refletem diferenças no espectro de Raman devido às diferentes composições químicas contidas, e as aplicações do espectro de Raman na pesquisa de ervas chinesas incluem:
(1) Análise de composição química de ervas
A cromatografia de camada fina (TLC) pode separar eficazmente as ervas chinesas, mas não pode obter informações estruturais sobre os compostos de cada componente, enquanto o espectro de Raman reforçado de superfície (SERS) tem as vantagens de pico estreito, alta sensibilidade e seletividade, que pode testar a composição química das ervas chinesas com alta sensibilidade. O uso da técnica de separação do TLC em combinação com a identificação de impressões digitais do SERS é uma nova abordagem para a composição de ervas na análise in situ do TLC.
(2) Identificação não prejudicial de ervas
Devido à análise espectral de Raman, a amostra não precisa ser danificada e, portanto, as amostras de ervas chinesas podem ser identificadas sem danos, o que é especialmente importante para a pesquisa de ervas chinesas famosas.
(3) Estudo de estabilidade de ervas
Usando o espectro de Raman para acompanhar dinamicamente o processo de deterioração das ervas, isso tem um efeito direto na previsão da estabilidade das ervas e no monitoramento da qualidade das ervas.
4) Otimização da medicina
Para o sistema complexo de misturas de ervas chinesas e medicamentos chineses e compostos, não é necessário separar nenhum ingrediente para extrair diretamente com as bactérias e as células, usar o espectro de Raman para coletar espectrogramas de bactérias e células sem danos, observar o grau de dano das bactérias e células, estudar seus efeitos farmacológicos e realizar estudos de otimização de medicamentos chineses, medicamentos chineses e receitas.
06. Aplicação do espectro Raman na pesquisa de pedras preciosas
A técnica espectroscópica Raman tem sido aplicada com sucesso nas áreas de pesquisa gemológica e identificação de pedras preciosas. A espectroscopia Raman permite identificar com precisão o envelope dentro da pedra preciosa, fornecendo informações sobre a causa e a origem da pedra preciosa e identificando com eficiência, rapidez, segurança e precisão as categorias de pedras preciosas - pedras preciosas naturais, pedras preciosas sintéticas e pedras preciosas otimizadas.
(1) Aplicação do espectro de Raman no estudo de envolturas de pedras preciosas
Espectroscopia de Raman pode ser usada para a detecção qualitativa e quantitativa da composição química do envoltório de pedras preciosas, usando a tecnologia de espectroscopia de Raman para estudar as características do envoltório dentro do mineral e obter informações sobre a causa e a origem dos minerais de pedras preciosas.
(2) Aplicação do espectro de Raman na identificação de pedras preciosas
A microárea do teste espectral de Raman pode chegar a 1-2um, com uma vantagem evidente na identificação de pedras preciosas, capaz de detectar impurezas extremamente pequenas, conteúdos microscópicos e dopagens artificiais de pedras preciosas, e pode atender aos requisitos rápidos e não danificadores necessários para a identificação de pedras preciosas.
Além disso, o design confocal (confoal) do microscópio Raman permite a detecção de amostras de diferentes profundidades sem destruir as amostras ao mesmo tempo * excluindo informações de interferência de outras amostras de profundidade, obtendo informações reais de amostras de diferentes profundidades, o que é bastante útil na análise de materiais de múltiplas camadas. A tecnologia de espectroscopia de Raman com microscopia confocal tem uma boa resolução espacial, de modo a obter a mudança das moléculas da espécie durante o processo de interface, a distribuição da espécie correspondente, a orientação de adsorção das moléculas da espécie em diferentes áreas da interface, etc.
07. Espectroscopia Raman tem vantagem “única” no estudo de artefatos
Espectroscopia de Raman é um método de análise espectral molecular baseado na dispersão de Raman, e a comunidade de artefatos escolheu Raman, tendo em conta sua vantagem "exclusiva" - indefinida. Além disso, a demanda de amostras espectrais de Raman é baixa, com alta resolução espacial, o processo de detecção é simples e é cada vez mais usado na área de pesquisa de artefatos.
Direção analítica do espectro de Raman
A técnica de análise do espectrômetro de Raman é uma técnica de caracterização estrutural molecular baseada no efeito Raman, cujo sinal vem da vibração e rotação das moléculas. As direções de análise do espectro de Raman são:
Análise Qualitativa: Diferentes substâncias têm espectros de características diferentes e, portanto, podem ser analisadas qualitativamente através do espectro.
Análise estrutural: a análise da faixa espectral é a base para a análise estrutural da matéria.
Análise quantitativa: de acordo com as características da absorção do espectro da substância, pode ter uma boa capacidade de análise da quantidade da substância.
Vantagens e desvantagens do espectrómetro Raman para análise
Vantagens do espectro de Raman para análise
O método de análise espectral de Raman não requer pré-tratamento da amostra, nem o processo de preparação da amostra, evita a geração de alguns erros e tem as vantagens de fácil operação, curto tempo de medição e alta sensibilidade durante a análise.
Deficiência do espectro de Raman para análise
1) Área de dispersão de Raman.
(2) A sobreposição de picos de vibração diferentes e a intensidade de dispersão Raman são vulneráveis ​​a fatores como parâmetros do sistema óptico.
(3) A interferência do fenômeno da fluorescência na análise espectral de Raman da transformação de Fourier.
(4) Na análise espectral de transformação de Fourier, muitas vezes surgem problemas não lineares de curvas.
(5) A introdução de qualquer substância trará um certo grau de poluição ao sistema testado, o que equivale à possibilidade de introdução de alguns erros que terão um certo impacto nos resultados da análise.