La tecnología de espectrometría Raman tiene una amplia gama de aplicaciones en química, materiales, física, polímeros, biología, medicina, Geología y otros campos debido a sus ventajas de información rica, preparación simple de muestras y poca interferencia del agua.
01. aplicaciones de la espectrometría Raman en la investigación química
En química orgánica, la espectrometría Raman se utiliza principalmente como un medio de identificación estructural e interacción molecular, que se complementa con la espectrometría infrarroja y puede identificar características estructurales especiales o grupos característicos. El tamaño, la intensidad y la forma del pico Raman del desplazamiento Raman son una base importante para identificar enlaces químicos y grupos funcionales. Utilizando las características de polarización, el espectro Raman también se puede utilizar como base para el juicio de isómeros moleculares.
Los enlaces covalentes entre iones metálicos y complejos en compuestos inorgánicos a menudo tienen actividad raman, por lo que la espectrometría Raman puede proporcionar información sobre la composición, estructura y estabilidad de los compuestos de coordinación. Además, muchos compuestos inorgánicos tienen múltiples estructuras cristalinas y tienen diferentes actividades de raman, por lo que la espectrometría de Raman puede determinar e identificar las estructuras cristalinas de compuestos inorgánicos que no se pueden completar con la espectrometría infrarroja.
En química catalítica, la espectrometría Raman puede proporcionar información estructural sobre el catalizador en sí y las especies en la superficie, y también puede estudiar el proceso de preparación del catalizador en tiempo real. Al mismo tiempo, la espectrometría láser Raman es un método importante para estudiar la estructura y las propiedades de la interfaz electrodo / solución, que puede estudiar en profundidad cuestiones básicas como la estructura de la interfaz electroquímica, la adsorción y la reacción a nivel molecular y aplicarse en electrocatalisis, corrosión y galvanoplastia.
02. aplicaciones de la espectrometría Raman en la investigación de materiales poliméricos
La espectrometría Raman puede proporcionar mucha información importante sobre la estructura de los materiales poliméricos. Como la estructura molecular y la composición, la estereoregularidad, la cristalización y el destino, la interacción molecular y la estructura de la superficie y la interfaz. El ancho del pico Raman puede caracterizar la pureza química tridimensional de los materiales poliméricos. Como las muestras de posición aleatoria o las muestras con estructuras mixtas cabeza - cabeza, cabeza - cola, el pico Raman es débil y ancho, mientras que las muestras altamente ordenadas tienen picos Raman fuertes y afilados.
El contenido de la investigación incluye:
(1) juicio de estructura química y textura: los esqueletos C = c, C - c, S - s, C - s, n - N y otros esqueletos en los polímeros son muy sensibles al espectro raman, y se utilizan comúnmente para estudiar la composición química y la estructura de los polímeros.
(2) análisis cuantitativo de componentes: la intensidad de dispersión de Raman tiene una relación lineal con la concentración del polímero, lo que brinda comodidad al análisis del contenido del componente del polímero.
(3) caracterización de fases cristalinas e indeterminadas y monitoreo del proceso de cristalización y la cristalinidad del polímero.
(4) estudio de procesos cinéticos: procesos cinéticos que acompañan a reacciones de polímeros como polimerización, craqueo, degradación y cristalización. Algunas bandas espectrales características del espectro Raman correspondiente cambiarán su intensidad.
(5) estudio de la orientación de los polímeros: la heterogeneidad de las cadenas de polímeros inevitablemente traerá la heterogeneidad de la dispersión de la luz, y la medición de la relación de despolarización de la banda Raman de las moléculas puede obtener información importante sobre la configuración Molecular o la conformación.
(6) investigación sobre la compatibilidad e interacción molecular de las mezclas de polímeros.
(7) monitoreo de la relajación del estrés y el proceso de deformación de los materiales compuestos.
(8) monitoreo del proceso de polimerización y el proceso de solidificación del polímero.
03. aplicaciones de la espectrometría Raman en la investigación científica de materiales
La espectrometría Raman es una herramienta poderosa para el estudio de la estructura de la materia en la ciencia de los materiales, y se puede hacer mucho en temas como la interfaz de composición de fase y el límite del grano. Incluye:
(1) investigación Raman de materiales estructurales de película delgada: la espectrometría Raman se ha convertido en un medio de detección e identificación de películas finas preparadas por CVD (método de depósito químico de vapor). Raman puede estudiar las estructuras de silicio monocristalino, múltiple, micro y amorfo, así como las estructuras de películas en capas como silicio amorfo boronizado, silicio amorfo hidrogenado, diamante y Diamond like.
(2) investigación de materiales de superred: el estrés de la capa de tensión se puede calcular midiendo el cambio de frecuencia Raman de la capa de tensión en la superred, y la integridad de la red de tensión se conoce de acuerdo con la simetría del pico raman.
(3) investigación de materiales semiconductores: el espectro Raman puede medir la distribución del daño de los semiconductores después de la implantación de iones, la composición de los semiconductores semiconductores magnéticos, la masa de la capa epitaxial y la concentración de transportistas de componentes de la mezcla de la capa epitaxial.
(4) estudio Raman de la estructura de fase de los materiales resistentes a altas temperaturas.
(5) estudio Raman de moléculas de carbono completo.
(6) investigación sobre el efecto de tamaño cuántico de los nanomateriales.
04. aplicaciones de la espectrometría Raman en la investigación biológica
La espectrometría Raman es un medio poderoso para estudiar las macromoléculas biológicas. debido a que la espectrometría Raman del agua es débil y simple, la espectrometría Raman puede estudiar la estructura y los cambios de las macromoléculas biológicas cerca de la naturaleza y en estado activo.
El espectro Raman de las biomacromoléculas puede obtener mucha información valiosa al mismo tiempo.:
(1) Estructura secundaria de la proteína: alfa - espiral, beta - plegado, rización aleatoria y beta - rotación.
(2) la estructura de la cadena principal de la proteína: Amidas i, iii, C - c, C - N vibración telescópica.
(3) la estructura de la Cadena lateral de la proteína: la estructura y la forma de existencia de la Cadena lateral de la fenilalanina, la tirosina y el triptófano cambian con su microambiente.
(4) cambios en las estructuras de grupos carboxílico, sulfhídrico, S - S y C - S sensibles a los cambios de estructura.
(5) isomerismo giratorio de la cadena de hidrocarburos de ácidos grasos en la biopelícula.
(6) la estructura molecular del ADN y la acción del ADN con otras moléculas.
(7) estudiar la interacción, estructura, composición de lípidos y biopelículas.
(8) proporcionar información importante sobre la interacción entre proteínas y lípidos en la membrana biológica.
05. aplicación de la espectrometría Raman en la investigación de hierbas medicinales chinas
Diversas hierbas medicinales chinas reflejan diferencias en el espectro Raman debido a los diferentes componentes químicos contenidos. las aplicaciones del espectro Raman en el estudio de hierbas medicinales chinas incluyen:
(1) análisis de los componentes químicos de las hierbas medicinales chinas
La cromatografía de capa fina (tlc) puede separar eficazmente las hierbas medicinales chinas pero no puede obtener información estructural sobre los componentes, mientras que la espectrometría Raman mejorada en superficie (sers) tiene las ventajas de pico estrecho, alta sensibilidad y buena selectividad, y puede realizar pruebas de alta sensibilidad de los componentes químicos de las hierbas medicinales chinas. La combinación de la tecnología de separación de TLC y la identificación de huellas dactilares de sers es un nuevo método para analizar in situ los componentes de hierbas medicinales chinas en tlc.
(2) identificación no destructiva de hierbas medicinales chinas
Debido al análisis espectral raman, las muestras no necesitan ser destruidas, por lo que las muestras de hierbas medicinales chinas pueden ser identificadas sin daños, lo que es particularmente importante para el estudio de hierbas medicinales chinas preciosas.
(3) estudio sobre la estabilidad de las hierbas medicinales chinas
El uso del espectro Raman para rastrear dinámicamente el proceso de deterioro de las hierbas medicinales chinas tiene un papel rector directo en la predicción de la estabilidad de las hierbas medicinales chinas y el monitoreo de la calidad de los materiales medicinales.
(4) optimización de la medicina tradicional china
Para el complejo sistema de mezcla de hierbas medicinales chinas y medicamentos chinos patentados y compuestos, la extracción sin separación de ningún componente actúa directamente con bacterias y células, el espectro Raman se utiliza para recoger espectrógrafos de bacterias y células sin daños, observar el grado de daño de bacterias y células, estudiar sus efectos farmacológicos y optimizar las hierbas medicinales chinas, medicamentos chinos patentados y recetas.
06. aplicación de la espectrometría Raman en el estudio de las piedras preciosas
La tecnología de espectrometría Raman se ha aplicado con éxito en el campo de la investigación gemológica y la identificación de piedras preciosas. La tecnología de espectrometría Raman puede identificar con precisión las inclusiones en el interior de las piedras preciosas, proporcionar información sobre la causa y el origen de las piedras preciosas, y puede identificar de manera efectiva, rápida, no destructiva y precisa las categorías de piedras preciosas: piedras preciosas naturales, piedras preciosas sintéticas y piedras preciosas optimizadas.
(1) aplicación de la espectrometría Raman en el estudio de inclusiones de piedras preciosas
La espectrometría Raman se puede utilizar para la detección cualitativa y cuantitativa de la composición química de las inclusiones de piedras preciosas. la tecnología de espectrometría Raman se utiliza para estudiar las características de las inclusiones en los minerales, y se puede obtener información sobre el origen y el origen de los minerales de piedras preciosas.
(2) aplicación de la espectrometría Raman en la identificación de piedras preciosas
La microregión de la prueba de espectro Raman puede alcanzar 1 - 2 um, lo que tiene ventajas obvias en la identificación de piedras preciosas, puede detectar impurezas extremadamente pequeñas, microinclusiones y mezclas artificiales de piedras preciosas, y puede cumplir con los requisitos no destructivos y rápidos necesarios para la identificación de piedras preciosas.
Además, el diseño de enfoque común (confoal) del microscopio Raman permite la detección de muestras a diferentes profundidades sin destruir las muestras, al tiempo que * excluye la información de interferencia de otras muestras profundas, obteniendo así información real de muestras a diferentes profundidades, lo que es bastante útil para analizar materiales multicapa. La técnica de espectrometría confocal micro Raman tiene una buena resolución espacial, lo que permite obtener cambios moleculares de especies durante el proceso de interfaz, la distribución correspondiente de especies, la orientación de adsorción de moléculas de especies en diferentes áreas de la interfaz, etc.
07. el espectro Raman tiene una ventaja "única" en el estudio de las reliquias culturales
La espectrometría Raman es un método de análisis espectral molecular basado en la dispersión raman. el mundo de las reliquias culturales eligió la espectrometría raman, que es precisamente su ventaja "única": la no destrucción. Además, las muestras del espectro Raman tienen poca demanda, alta resolución espacial, proceso de detección simple y se utilizan cada vez más en el campo de la investigación de reliquias culturales.
Dirección de análisis del espectro Raman
La tecnología de análisis del espectrómetro Raman es una tecnología de caracterización de la estructura molecular basada en el efecto raman, cuya señal proviene de la vibración y rotación de las moléculas. Las direcciones de análisis del espectro Raman son:
Análisis cualitativo: diferentes sustancias tienen diferentes espectros característicos, por lo que se puede realizar un análisis cualitativo a través del espectro.
Análisis estructural: el análisis de la banda espectral es la base del análisis de la estructura de la materia.
Análisis cuantitativo: de acuerdo con las características de absorción del espectro de la materia, se puede tener una buena capacidad de análisis de la cantidad de materia.
Ventajas y desventajas del espectrómetro Raman para el análisis
1. ventajas de la espectrometría Raman para el análisis
El método de análisis espectral Raman no requiere un preprocesamiento de la muestra ni un proceso de preparación de la muestra, evitando algunos errores, y tiene las ventajas de una operación simple, corto tiempo de determinación y alta sensibilidad en el proceso de análisis.
2. deficiencias del espectro Raman para el análisis
(1) área de dispersión de raman.
(2) la superposición de diferentes picos de vibración y la intensidad de dispersión Raman son vulnerables a factores como los parámetros del sistema óptico.
(3) interferencia del fenómeno de fluorescencia en el análisis espectral Raman de transformación de ft.
(4) al realizar el análisis espectral de transformación de ft, a menudo hay problemas no lineales de curvas.
(5) la introducción de cualquier sustancia traerá un cierto grado de contaminación al sistema del sujeto, lo que equivale a la posibilidad de introducir algunos errores y tendrá un cierto impacto en los resultados del análisis.