利用紫外激光进行拉曼测量的优势和劣势各是什么?

拉曼光谱分析所使用的紫外激光器波长一般在244 nm364 nm范围内。

理论上,紫外拉曼光谱和可见拉曼光谱没有什么不同之处。但是实际上,紫外拉曼的实现有一些实际困难和不足之处必须予以考虑。

优势:

  • 对于某些特定样品来说,紫外激光与样品相互作用的方式与可见激光不同,例如:紫外光在半导体材料中的穿透深度一般在几个纳米的量级,因而紫外拉曼可以用来对样品表面的薄层(常见于新型硅基材料SOI材料)进行选择性分析。再如紫外激发可以与蛋白质、DNARNA等生物样品产生特定的共振增强进而对样品的结构进行特定的分析,而使用可见激发则无法实现。

  • 通常使用紫外激发可以抑制荧光的影响,因为在紫外激发下拉曼信号和荧光信号在不同的光谱区域,不会受到干扰。而使用可见激光激发时,拉曼信号和荧光信号往往会重叠在一起,又由于荧光的信号强度是拉曼信号强度所无法比拟的,因此荧光信号会干扰甚至完全湮没拉曼信号。使用紫外激光激发时,拉曼信号仍位于靠近激光线附近的位置,而荧光则在较高波长的位置,由此拉曼和荧光信号不再重叠,荧光问题也不复存在。

  • 紫外激发可以提高灵敏度,因为拉曼散射强度与激光波长的四次方成反比,所以波长325 nm激发的拉曼强度是波长633 nm激发的14倍。

劣势:

  • 因为紫外光束看不见,并且紫外激光器相对更大型、更复杂,也更加昂贵,目前紫外拉曼实验依然属于高端技术,需要高水平专业技术人员操作。

  • 由于紫外光子的能量更高,所以在紫外激光照射下样品更易于烧坏或者降解。尽管如此,像DuoScan之类的新技术可以控制光束在样品上快速掠过,避免样品燃烧。例如,在325 nm激光照射下,纤维素会在几个毫秒内被烧坏,而在DuoScan模式下,可以超过5分钟也不被烧坏。

  • 很多为可见和红外拉曼分析而设计的拉曼系统不适合于进行紫外拉曼测量。紫外拉曼需要特殊镀膜的反射镜、显微物镜、衍射光栅和CCD探测器以获得优化的实验结果。LabRAM HR系列现代拉曼系统的配置可以在整个紫外到近红外波长范围内有效工作而无需在任何一方面进行折中。但是,不言而喻的是,额外的需求势必会提高制造成本。

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