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拉曼散射的發(fā)展歷史
1928年，印度物理學(xué)家拉曼用水銀燈照射苯液體，發(fā)現(xiàn)了新的輻射譜線：在入射光頻率ω0的兩邊出現(xiàn)呈對(duì)稱分布的，頻率為ω0-ω和ω0+ω的明銳邊帶，這是屬于一種新的分子輻射，稱為拉曼散射，其中ω是介質(zhì)的元激發(fā)頻率。拉曼因發(fā)現(xiàn)這一新的分子輻射和所取得的許多光散射研究成果而獲得了1930年諾貝爾物理獎(jiǎng)。與此同時(shí)，前蘇聯(lián)的蘭茨堡格和曼德?tīng)査顾?bào)導(dǎo)在石英晶體中發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，即由光學(xué)聲子引起的拉曼散射，稱之謂“并合散射”。法國(guó)羅卡特，卡本斯以及美國(guó)伍德證實(shí)了拉曼的觀察研究的結(jié)果。三十年代，我國(guó)物理學(xué)家吳大猷等在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了原子分子拉曼光譜研究。1934年，普拉坎克比較詳盡地評(píng)述了拉曼效應(yīng)，對(duì)振動(dòng)拉曼效應(yīng)進(jìn)行了較系統(tǒng)的總結(jié)。三十年代至六十年代，拉曼散射的研究處于一個(gè)低潮時(shí)期，主要的原因來(lái)自激發(fā)光源太弱的問(wèn)題。盡管1940年第一個(gè)商用產(chǎn)品雙單色儀已經(jīng)用到光譜儀中，但是由于使用的激發(fā)光源大部分為水銀弧光燈和碳弧燈，其功率密度低，激發(fā)的拉曼散射信號(hào)非常弱，人們難以觀測(cè)研究較弱的拉曼散射信號(hào)，更談不上測(cè)量研究二級(jí)以上的高階拉曼散射效應(yīng)。1960年，紅寶石激光器的出現(xiàn)，使得拉曼散射的研究進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)期。由于激光器的單色性好，方向性強(qiáng)，功率密度高，用它作為激發(fā)光源，大大提高了激發(fā)效率。1962年，珀托和伍德首次報(bào)道了運(yùn)用脈沖紅寶石激光器作為拉曼光譜的激發(fā)光源來(lái)開(kāi)展拉曼散射的研究。從此激光拉曼散射成為眾多領(lǐng)域在分子原子尺度上進(jìn)行振動(dòng)譜研究的重要工具。
目前，拉曼散射研究在國(guó)內(nèi)外相當(dāng)活躍。國(guó)際上每?jī)赡暾匍_(kāi)一次拉曼光譜會(huì)議，自1969年開(kāi)始至2004年已經(jīng)召開(kāi)了19屆國(guó)際拉曼光譜會(huì)議，其中1994年在香港召開(kāi)了第14屆國(guó)際拉曼光譜會(huì)議，2000年在北京召開(kāi)了第17屆國(guó)際拉曼光譜會(huì)議。國(guó)內(nèi)每?jī)赡暾匍_(kāi)一次光散射會(huì)議，自1981年開(kāi)始至2003年已召開(kāi)了12屆光散射會(huì)議。
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拉曼散射的應(yīng)用
拉曼散射的應(yīng)用涉及許多學(xué)科領(lǐng)域，例如：物理學(xué)，化學(xué)，材料科學(xué)，電子科學(xué)，生物生命科學(xué)，醫(yī)學(xué)，環(huán)境科學(xué)，地球科學(xué)，天體科學(xué)等。拉曼散射研究的材料涉及前景相當(dāng)廣闊，可以用于研究固體的元激發(fā)，包括極化聲子，激子，磁振子，朗道能級(jí)等；研究相變，包括鐵電相變，位移型相變，有序-無(wú)序型相變，無(wú)公度相變，混合型相變；研究電子散射，包括稀土離子，施主，受主散射，等離子體散射；研究缺陷雜質(zhì)相關(guān)的局域模，間隙模，共振模；研究薄膜小顆粒，薄膜，超晶格系統(tǒng)振動(dòng)特性的尺寸效應(yīng)，界面效應(yīng)，應(yīng)力效應(yīng)，聲子限制效應(yīng)，介電限域效應(yīng)，量子效應(yīng)等；研究半導(dǎo)體鍵角，無(wú)序性，應(yīng)變，應(yīng)力效應(yīng)，量子點(diǎn)，量子線以及應(yīng)變層超晶格；研究磁性材料磁缺陷，雜質(zhì)光散射，巨磁阻材料晶格振動(dòng)特性，半磁性半導(dǎo)體自施反轉(zhuǎn)拉曼散射；研究高溫超導(dǎo)體的晶格振動(dòng)，能隙，結(jié)構(gòu)相變，振動(dòng)模間的非線性互作用；研究表面增強(qiáng)效應(yīng)，探索其內(nèi)在機(jī)制和統(tǒng)一理論；研究高分子系統(tǒng)的反應(yīng)機(jī)制，鏈結(jié)構(gòu)，形態(tài)效應(yīng)，玻璃相變，結(jié)晶動(dòng)力學(xué)；研究有機(jī)和無(wú)機(jī)材料構(gòu)型，基團(tuán)，結(jié)構(gòu)特征等；研究液晶的中介相行為，取向序，臨界特性，中介相變；研究生物和醫(yī)學(xué)方面蛋白質(zhì)構(gòu)型，生物細(xì)胞膜動(dòng)態(tài)行為，DNA初級(jí)次級(jí)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)；通過(guò)特征拉曼譜研究各有關(guān)組織器官等的結(jié)構(gòu)成分；通過(guò)共振拉曼散射研究線粒體能量轉(zhuǎn)移，研究癌癥發(fā)生的機(jī)理；通過(guò)微區(qū)拉曼研究礦物中的包裹物，環(huán)境污染，塵埃，微粒結(jié)構(gòu)成分；遙控拉曼可以測(cè)量遙遠(yuǎn)空間水分；工業(yè)上通過(guò)特征拉曼譜，例如鑒定煤的質(zhì)量，水泥中的各個(gè)不同相結(jié)構(gòu)，材料質(zhì)量和集成電路的可靠性等。
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拉曼散射技術(shù)的發(fā)展
拉曼光譜儀經(jīng)歷了從色散型拉曼光譜儀開(kāi)始，發(fā)展到傅立葉變換拉曼光譜儀（抑制熒光效應(yīng)強(qiáng)，測(cè)量快速），共振拉曼光譜儀（增強(qiáng)散射截面，抑制熒光），紫外拉曼光譜儀（紫外光的穿透深度淺，特別適合探測(cè)獲得表面信息），小型拉曼光譜儀（能耗小，效率高，適合長(zhǎng)時(shí)間工作）。利用共聚焦效應(yīng)可以測(cè)量不同深度層面的拉曼光譜信息和圖像，進(jìn)行三維立體拉曼光譜的測(cè)量研究工作。利用輸出功率大的激光脈沖作為激發(fā)光源，通過(guò)受激拉曼散射、反拉曼散射、超拉曼散射、相干反斯托克斯拉曼散射等效應(yīng)，發(fā)展非線性的拉曼散射，其優(yōu)點(diǎn)是信噪比高、相干性好，抑制熒光和抗熱輻射能力強(qiáng)。利用超快脈沖技術(shù)，發(fā)展納秒，皮秒，飛秒時(shí)間分辨拉曼光譜技術(shù)，可以研究分子、原子躍遷和瞬態(tài)過(guò)程。結(jié)合近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的特點(diǎn)發(fā)展的近場(chǎng)拉曼光譜儀，近場(chǎng)拉曼圖像儀，擴(kuò)展了光學(xué)衍射的分辨極限。結(jié)合利用表面增強(qiáng)效應(yīng)，提高測(cè)試精度和靈敏度，可以測(cè)量單分子的拉曼光譜。結(jié)合共聚焦的深度層面探測(cè)，可以獲得三維立體拉曼圖譜和圖像。
瑞宇科技的拉曼光譜分析檢測(cè)儀是世界上先進(jìn)的高集成精密拉曼光譜儀，應(yīng)用于生物醫(yī)藥、食品水務(wù)、礦 山化肥、珠寶首飾、 緝毒反恐、化學(xué)原料等行業(yè)的專用檢測(cè)儀器，可以現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)出液 體、固體、粉末及水溶液等各種形態(tài)的化學(xué)品，能夠準(zhǔn)確的對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行快速檢測(cè)分析。設(shè)備采用先進(jìn)的激光拉曼光譜分析法，集采樣、 檢 測(cè)、圖譜掃描處理及數(shù)據(jù)搜索、對(duì)比、分析于一體。非破壞性采樣，無(wú)需樣品制備前處理過(guò)程，可透過(guò)塑料、玻璃容器、包裝直接采樣，被 檢物無(wú)須開(kāi)封，減少污染。內(nèi)置強(qiáng)大的拉曼光譜庫(kù)可以快速準(zhǔn)確地識(shí)別和驗(yàn)證化學(xué)物質(zhì)類型，還 可根據(jù)需要自行建立真實(shí)物品的檔案庫(kù)。采用高性能超低溫冷卻探測(cè)器，大大提高物質(zhì)的檢出限和準(zhǔn)確性。體積小、重量輕、易于攜帶，操作簡(jiǎn)便快捷，高穩(wěn)定性，應(yīng)用廣泛，性價(jià)比極高 。
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