拉曼光譜原理是什麼？介紹7個拉曼光譜應用領域與推薦解決方案

拉曼光譜原理是什麼？介紹7個拉曼光譜應用領域與推薦解決方案

2023年05月電子報

　　拉曼光譜學是一種非常重要的光學技術，其原理是利用拉曼散射現象將樣品的光譜進行分析，從而獲取有關樣品分子結構和振動特性的信息。

　　在一般的光學散射中，入射光子會被散射成相同頻率的光子。而拉曼散射則是當入射光子和物質分子相互作用時，光子能量和頻率會發生變化，並且發生散射，散射光中的光子頻率會有一些細微的變化。這種變化被稱為拉曼位移，通過測量這種位移可以識別樣品的分子結構和振動特性。

　　拉曼光譜應用雷射光源進行測量。雷射產生的光子有非常高的能量和頻率，可以引發樣品分子中的振動和轉動運動，從而產生拉曼散射。拉曼光譜儀會收集散射光，然後使用分光儀分析散射光中的頻率變化，從而得出拉曼光譜圖。

edm2023050105.jpg

色散拉曼光譜設置的示意圖*

* Thomas Schmid; Petra Dariz (2019). "Raman Microspectroscopic Imaging of Binder Remnants in Historical Mortars Reveals Processing Conditions". Heritage. 2 (2): 1662–1683

拉曼光譜圖解析

　　樣品中的分子會產生拉曼散射現象，並發射出經過拉曼散射的光子，這些光子的能量和原來的光子能量不同，就可以通過分析這些光子的能譜來得到樣品的拉曼光譜，這就是拉曼光譜原理。由於每種化學物質的拉曼光譜都具有獨特的特徵峰，因此可以通過比對樣品的拉曼光譜與資料庫中的參考光譜，快速識別樣品的成分和種類，這就是拉曼光譜應用之一。

　　總之，拉曼光譜是一種非常有用的技術，可用於研究物質分子的結構和振動特性。拉曼光譜通過測量樣品中光子的頻率變化，從而提供了有關分子結構和動力學的詳細信息。通過使用拉曼光譜技術，研究人員可以更好地了解生物分子、材料和化學物質等的結構和性質。

　　拉曼光譜可以提供非常有價值的信息，特別是對於分子結構的研究。拉曼光譜圖中的峰可以告訴研究者有關分子中不同鍵的振動特性，這些振動特性受到化學結構和周圍環境的影響。因此，可以通過拉曼光譜來研究分子結構和動力學，例如研究蛋白質、脂質和聚合物等生物分子的結構和功能，也可以查明毒品的種類和成分，此外，拉曼光譜還可以應用於材料科學、化學、物理和環境科學、圖畫修復等領域。

拉曼光譜應用技術

生物醫學：
拉曼光譜技術可以用於研究蛋白質、核酸、多肽、脂質等生物分子的結構和功能，並可應用於診斷和治療疾病。例如，可以使用拉曼光譜來檢測腫瘤細胞的代謝活性和生長狀態，進而幫助診斷和治療癌症。
毒品追緝：
毒品通常是由複雜的化學物質組成，使用拉曼光譜技術，可以對這些化學物質進行分析和鑒定，從而幫助查明毒品的種類和成分。拉曼光譜技術具有非破壞性、高靈敏度、高分辨率等優點，並且可以對微小樣品進行分析，因此被廣泛應用於毒品查緝領域。例如，可以使用拉曼光譜技術對毒品、毒品前驅物、添加劑等樣品進行分析，從而對毒品進行種類鑒定、來源追蹤和控制等。
材料科學：
拉曼光譜可以用於研究材料的結構、相變化和化學反應，並可應用於設計新型材料和改善材料的性能。例如，可以使用拉曼光譜來研究複雜材料（如多晶材料、聚合物、奈米材料）的結構和性質，從而優化材料的力學、光學、電子等性能。
化學分析：
拉曼光譜可以用於研究化學反應機制和反應動力學，並可應用於定量分析和質量控制。例如，可以使用拉曼光譜來分析化學反應中產物和反應物的濃度變化，進而控制反應過程和產品質量。
環境監測：
拉曼光譜可以用於研究環境中的污染物和生物分子，並可應用於監測和治理環境污染。例如，可以使用拉曼光譜來檢測土壤中的有害物質、水中的微生物和生物分子，從而改善環境品質和生態環境。
圖畫修復：
珍貴的畫作經常需要識別和區分畫布、顏料、填充物和其他材料的成分，以便選擇合適的修復方法和材料。拉曼光譜技術可以提供高分辨率的化學成分分析，從而幫助識別和區分不同的材料成分。例如，可以使用拉曼光譜技術來檢測畫布上的染料顏料、膠質、纖維等成分，從而確定修復方法和材料的適用性。此外，拉曼光譜技術還可以檢測畫作中的老化和劣化情況。畫作隨著時間的推移會出現劣化和老化現象，例如，某些顏料會因氧化而褪色，某些材料會因長時間接觸而出現腐蝕。透過拉曼光譜技術，可以快速準確地檢測畫作中的化學成分和狀態變化，並選擇適當的修復方法和材料來修復畫作，從而保護和恢復重要的文化遺產。
半導體檢測：
半導體是現代電子工業中最重要的材料之一，當雷射照射到半導體表面或內部時，樣品中的晶格振動和電子激發會產生拉曼散射現象，從拉曼光譜中可以獲得半導體晶格結構、殘留應力、材料成分、缺陷特性、表面污染檢測等信息，對半導體材料的質量、性能、工藝和製造工藝進行評估和控制，提高半導體產品的可靠性和穩定性，增加產品的生產效率和降低製造成本。

拉曼光譜技術具有廣泛的應用價值，可應用於許多不同的領域。

辛耘可提供服務之產品介紹

南方科技看到傳統光學量測系統調校耗時、操作繁複、穩定性不佳、創新概念驗證不易等等問題，因此希望透過先進光學簡單化、模組化、數位化的核心理念，使研究人員專注在研究開發工作，改善實驗設計觀念、提升研究效率、縮短研發時程、揮灑研發創意，加速研究與產業技術發展的進程。南方科技以『5D顯微術』與『數位光學』兩大核心技術為基礎，將嶄新的光學觀念與技術導入先進材料分析、生醫影像、顯微3D光學檢測與數位光學應用四大應用領域。