FTIR和Raman光谱技术的进展

　　1　前言

　　20世纪初,考勃伦兹首次获得了红外光谱并对红外吸收的特征频率进行了研究分析。同世纪20年代初,斯梅卡尔^[1]发现了光的综合散射效应,1928年印度科学家拉曼^[2]和苏联学者拉德斯别格各自独立地用实验证实了散射效应(后称之为拉曼效应),其主要原理是:当用单色光照射物质时,会产生与入射光波长相同的Rayleigh散射线,同时还产生一系列波长大于和小于入射光波长的散射线。这是拉曼光谱的基础。60年代,能提供单色光源的激光器出现,使激光拉曼光谱仪的研制工作获得了重要进展,1964年Chantry等人^[3]的研究成果证明了用傅里叶变换(Fourier Trans-form)技术获得拉曼光谱的可行性,进入90年代,Renishaw、Nicolet、Chemlcon、Chromex.Dilor、Spex、Jobin Yuon、Kaiser、Optical Systems等公司制造出不同型号的色散型拉曼光谱仪。1993年研制出新一代激光共焦显微拉曼光谱仪;Nico-let、Bio-Rad、Bruker、Perkin-Elmer、Bomen等公司制造出各种型号的傅里叶变换拉曼光谱仪^[4]和拉曼显微镜,首部FT_Raman专著于1991年问世^[5]。

　　20世纪70年代,美、德等国研制并推出第三代红外分光光度计商品,它没有分光元件,而是通过干涉仪与计算机紧密联系组成的新型傅里叶变换红外光谱仪。70年代末,中科院山西煤化所自美国Digilab引进了我国第一台FTIR光谱仪以来,20多年间引进数量在快速增加,至今已超过1500台。90年代,我国北京瑞利分析仪器公司(原北京第二光学仪器厂)也相继推出WQF300、WQF400、WQF310和WQF410型FTIR光谱仪以及WQF_400N型傅里叶变换近红外光谱仪;国内外生产的FTIR光谱仪和红外显微镜已广泛地用于石油化工、农林、轻工、地矿、煤炭、气象、环保、医药卫生、国防军工、科研教学、司法鉴定、海关商检等领域,如今分子光谱科技队伍日益壮大,应用研究水平在不断提高。

　　2　红外光谱与拉曼光谱的特点

　　2·1　红外光谱与拉曼光谱

　　红外光谱与拉曼光谱同属分子振动光谱范畴,是一类研究应用都相当成熟的分子结构研究手段。红外光谱的产生是由于吸收光的能量,引起分子中偶极矩改变的振动;拉曼光谱的产生是由于单色光照射后产生光的综合散射效应,引起分子中极化率改变的振动;所以,红外光谱是吸收光谱,拉曼光谱是散射光谱,它们只是研究分子间作用力的种类不同,各自的研究侧重点有差异,具有互为补充的性质,如采用双谱研究同一样品,可以获取更多的分子结构信息。红外光谱和拉曼光谱的特点见表1。

　　2·2　色散型拉曼光谱与傅里叶变换拉曼光谱

　　传统的色散型激光拉曼光谱仪均使用可见激光(Ar及Kr离子激光器)激发样品,产生拉曼散射,由于光子能量较高,易导致样品荧光的产生,象高分子材料及稀土类化合物产生的荧光比拉曼散射强度大好几个数量级,严重影响拉曼光谱的测定[7],20世纪90年代推出的激光共焦拉曼光谱仪,它采用了先进的光学系统设计及全息滤光片、CCD探测