用低频拉曼光谱技术探测分子结构

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网络研讨会:拉曼光谱——临床诊断的新曙光

拉曼光谱技术已经成为一种非常有价值的测量和识别化学成分和分子结构的工具。拉曼光谱的传统应用主要集万博电脑网页版登录中在距离激励激光线200 - 4000 cm-1处的斯托克斯信号。低频拉曼光谱(<10厘米-1 - 200厘米-1)传统上被保留给专门仪器，这是由于滤光片拉曼光谱仪通常使用的光学元件的限制。

介绍

拉曼光谱作为一种分析工具的重要性是基于探测分子独特的振动和转动模式的能力。拉曼光谱探测到的跃迁频率通常在200 - 4000厘米之间^－1．

低频拉曼光谱(<10 cm-1 - 200 cm-1)探测的分子结构的低能量振动和转动模式与太赫兹光谱(300 GHz - 6 THz)相同。许多材料表现出强大的、独特的可识别的超低频拉曼光谱，作为其低能量振动和转动模式的特征。利用低频拉曼信号的应用实例如下:万博电脑网页版登录

• 识别具有多态结构的化合物，如活性药物成分和有机半导体
• 半导体分析:先进的半导体器件在低频区域[2]有来自多层超晶格结构的折叠声模和剪切模的强信号。
• 对大而复杂分子的低能振动模式的分析，如含有重原子或放射性同位素的化合物[3。
• 光抽运气体电池[4]中旋转和振动温度的测量。

由于现有滤光片的限制，要获得这些低频信号(<200 cm-1)是困难和昂贵的。

实验设置

建立了一个低频拉曼光谱仪，能够测量距离激光线小于10厘米-1的信号，并用于测量l -胱氨酸(图1)。该系统基于Ondax SureBlock超窄带滤波器和Andor光谱仪，更加紧凑，比通常用于访问这些低频过渡的三级摄谱仪更经济和更容易使用。Ondax SureBlock滤波器的高性能使常规可见光或近红外激光仅使用低杂散光、高色散单级摄谱仪即可访问拉曼光谱的低频区域。该组合系统的优点是能够同时测量低频斯托克斯和反斯托克斯信号，而不牺牲测量2000 cm-1或更多传统拉曼位移的能力。

图2:低频拉曼光谱仪示意图。来自785 nm或532 nm激励源的准直光通过ASE抑制滤波器和匹配的90/10分束器(Ondax Incorporated)过滤和重定向后聚焦到样品上。经过两个Ondax SureBlock超窄带陷波滤波器去除瑞利散射后，聚焦物镜和耦合到Andor Shamrock 303i或Shamrock 500i的光纤收集合成的拉曼信号。散射光由牛顿DU920P-BRDD或iDus DU420A-OE检测。

低频拉曼光谱仪(图2)由532 nm或785 nm波长稳定激光器组成，使用窄带ASE抑制滤波器去除ASE。匹配的90/10分束器将光束重定向到聚焦到感兴趣的样品的物镜上。后向散射信号通过物镜重新准直，在返回路径上，90/10分束器发射拉曼信号，反射90%的瑞利散射光。两个Ondax SureBlock超窄带陷波滤波器，每个都具有光密度(od) > . 4，用于阻挡剩余的瑞利散射光，估计总光密度约为9。滤过的拉曼信号通过光纤耦合到光谱仪(三叶草303i或500i)上，然后连接到背光深度耗尽牛顿CCD探测器(DU920P-BRDD)或开电极iDus CCD探测器(DU420A-OE)上。典型的60秒积分时间用于捕获拉曼光谱。

为了说明区分不同多态结构的能力，三种不同形式的卡马西平(常用药物作为抗惊厥的)与低频拉曼光谱仪测量(图3)。该地区从20 - 60 cm - 1显示了三种不同形式明确区分几乎没有重叠的信号,尽管所有的三种形式都有相同的化学成分在拉曼光谱的“指纹”区域很少有区别的特征。这种和类似的低频拉曼测量方法可以用于药物的开发和生产以及其他化合物的合成，不仅可以识别和验证制剂的纯度，还可以确保正确的配方符合FDA标准。

参考文献

1. (1) α-四元噻吩的多晶型和声子动力学。化学物理，第10卷，657-663 (2009)
2. 谭平辉，韩文平，赵文军，吴志辉，常凯，王华，王玉芳，Bonini, N.， Marzari, N.， Savini, G.， Lombardo, A. and Ferrari, A.C.，多层石墨烯的剪切模式。(cond-mat arXiv: 1106.1146 v1。mes-hall](2011)。
3. acta optica sinica, 2010, 31 (5): 561 - 566 . acta optica sinica, 2010, 31 (5): 561 - 566 . acta optica sinica, 2010, 31 (5): 561 - 566 . acta optica sinica, 2010, 31 (5): 561 - 566 . acta optica sinica, 2010, 31 (5): 561 - 566 . acta optica sinica, 2010, 31(5): 561 - 566。高分子材料学报，Vol . 35, no . 3, no . 4 (2011)
4. 王志强，王志强，王志强，等。高强度自旋交换光泵浦单元的能量传输。理论物理。启。，第86卷，3264-3267 (2001)