熒光對(duì)拉曼光譜技術(shù)的影響以及應(yīng)對(duì)手段

前言

拉曼光譜技術(shù)是一種分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)和成分的非侵入性技術(shù)。通過照射樣品并測(cè)量其散射光的頻移，可以獲得物質(zhì)的拉曼光譜圖。這種技術(shù)可以用于化學(xué)品、生物樣品、納米材料等的快速分析。它具有高靈敏度、無需樣品處理等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。

拉曼光譜的應(yīng)用十分廣泛，但是同時(shí)拉曼檢測(cè)還會(huì)受到許多的限制。當(dāng)物質(zhì)收到激發(fā)光照射時(shí)，除了待檢測(cè)的拉曼散光光外，還有比拉曼光強(qiáng)許多的銳利散射光，同時(shí)還有可能存在熒光。

熒光產(chǎn)生機(jī)制

拉曼光譜技術(shù)背后的物理機(jī)制是拉曼散射。當(dāng)用一定頻率的激發(fā)光照射到樣品時(shí)，一部分入射光子與樣品分子之間發(fā)生彈性碰撞，發(fā)出彈性散射光，這種散射沒有能量交換，稱為瑞利散射；有一部分入射光子和樣品分子發(fā)生了非彈性碰撞，產(chǎn)生了能量的轉(zhuǎn)移，這種散射稱為拉曼散射。

圖1 拉曼散射以及瑞利散射能級(jí)圖

除了上述發(fā)生的散射外，物質(zhì)收到激光照射并吸收某些特征頻率的光子后，可以由基態(tài)躍遷至第一電子激發(fā)態(tài)或高電子激發(fā)態(tài)的不同振轉(zhuǎn)能級(jí)，處于電子激發(fā)態(tài)的分子通過熱振動(dòng)等弛豫過程降至第一電子激發(fā)態(tài)的zui低能級(jí)，然后再由該zui低能級(jí)向基態(tài)的各個(gè)振轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷并發(fā)出熒光。

圖2 熒光散射能級(jí)圖

總體來說，拉曼散射發(fā)生的概率很小，所以拉曼光強(qiáng)度遠(yuǎn)小于瑞利散射光和熒光的強(qiáng)度。瑞利散射一般比拉曼散射強(qiáng)上千倍，而熒光可達(dá)拉曼光強(qiáng)度的十的六次方到八次方倍。但由于瑞利散射光的波長(zhǎng)和激發(fā)光波長(zhǎng)相同，可以通過窄帶帶組濾光片、長(zhǎng)通濾光片或多級(jí)單色儀裝置進(jìn)行濾除。但是熒光光譜范圍很寬，通常是和拉曼光譜重疊在儀器，不能通過濾光片進(jìn)行抑制，熒光的存在會(huì)淹沒拉曼信號(hào)，導(dǎo)致拉曼光譜無法檢測(cè)。

抑制熒光的方法

1.熒光淬滅劑

熒光猝滅劑是較有效的方法之一，該方法需要在樣品中添加一定的熒光猝滅劑，利用猝滅劑分子與樣品分子之間物理化學(xué)反應(yīng)來降低樣品分子的熒光發(fā)射強(qiáng)度，從而達(dá)到抑制熒光的目的。這種方法成本低，操作簡(jiǎn)便，但是加入的猝滅劑可能會(huì)影響待測(cè)樣品的拉曼譜，因而應(yīng)用范圍受到較大的限制。

2.紅外/紫外光激發(fā)法

由于近紅外波段的光子很少能被樣品分子吸收，基態(tài)電子很難被激發(fā)，因此產(chǎn)生熒光的可能性較小。但由于拉曼散射光的強(qiáng)度與波長(zhǎng)的四次方成反比，所以用這種方法得到的拉曼散射強(qiáng)度很弱。785nm激光能有效避免熒光的產(chǎn)生，并且該波段的CCD量子效率比較高，因此用785nm作為拉曼激發(fā)光源越來越受到研究人員的青睞。

紫外光激發(fā)方法是用小于250nm的激光激發(fā)樣品，由于熒光的斯托克斯位移比拉曼位移大得多，因此有熒光物質(zhì)存在，也能充分區(qū)別熒光和拉曼光。紫外激發(fā)方法的一個(gè)較大局限性在于紫外光能量太高，可能導(dǎo)致樣品分解。

總結(jié)

熒光對(duì)拉曼光譜有干擾作用，往往會(huì)覆蓋或掩蓋拉曼散射信號(hào)，降低了信號(hào)質(zhì)量。通過背景信號(hào)消除技術(shù)、時(shí)間解析等方法可以減少熒光對(duì)拉曼光譜的影響，提高信號(hào)的檢測(cè)性能。同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)波長(zhǎng)和使用拉曼增強(qiáng)劑也可增強(qiáng)拉曼信號(hào)，克服熒光干擾，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的拉曼光譜分析。