什么是光谱分辨率?什么时候要考虑光谱分辨率?

光谱分辨率是指把光谱特征、谱带分解成为分离的成分的能力。分析人员和研究者需要什么样的光谱分辨率是由他们面对的具体问题决定的。例如,用于基本的样品识别的常规分析只需要低/中光谱分辨率。相比之下,对于多晶型以及结晶性的表征常常需要高分辨率,因为这些现象在拉曼光谱上仅仅表现为非常细微的变化,在低分辨率实验中观察不到这些变化。

如图所示是三条分别在低中高光谱分辨率下记录的光谱,从图中可以看出,高分辨率光谱的峰更为锐利,低分辨光谱中混为一体的邻近峰在高分辨光谱中可以分离开来。

光谱分辨率是一个重要的实验参数。如果分辨率太低,就会丢失光谱信息,妨碍正确地识别和表征样品。如果分辨率太高,总的测量时间将会远远超过必要的时间。光谱分辨率“过低”或者“过高”取决于特定的应用以及期望从实验中得到什么样的信息。

一般来说,低/中分辨率适合进行简单的化学识别或者区分不同材料,而需要表征一些更加精细的光谱特征(例如峰型或者峰位的微小变化)时,高分辨率就变得必不可少了。有很多化学现象会导致这种细微的光谱变化:

结晶度:

一般而言,当一种材料的结构从非晶态变化为结晶态时,拉曼峰将变得更强、更锐利。结晶度的微小变化都可以借助于高分辨率表征出来。

多晶型:

多晶型是指材料有同样的化学式,但是其晶型却不相同。由于化学式相同,它们的拉曼光谱总体上是相似的,但是晶型对于单个化学键振动的影响会导致光谱的细微变化。因此,在整个光谱中观察到某些峰形峰位的微小变化也是意料之中的。

应力:

某些材料(大多是重要的半导体材料)在承受拉力和压力时,它们的拉曼和发光光谱都会有所改变。对于半导体材料来说,在材料中特意引入应力能实现器件所需的半导体性或者发光属性,拉曼分析是表征这些拉力/压力的至关重要的工具。但是由于这种压力/拉力导致的效果是细微的,所以高分辨就是不可或缺的。

氢键:

分子间或者分子内氢键所产生的弱相互作用能够引起拉曼光谱很小的变化,具有高分辨本领的光谱可以用来研究这样的相互作用。

蛋白质折叠:

蛋白质的一级结构对于拉曼光谱当然有重要的决定作用,但是其二级、三级结构包括了局部或者更广泛的折叠,足以扰动其振动模式,进而影响到光谱。并且,其效果是细微的,只有高分辨分析才能对此进行表征。

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