紫外拉曼光谱仪的发展及应用

　　紫外拉曼光谱仪本身具有巨大的优势，因此吸引了很多人投身于这方面的研究，特别是近几年，随着实验技术和实验仪器的迅猛发展，紫外拉曼光谱仪在生物医药领域、环境污染物的探测和无机材料的检测等方面有应用。

紫外拉曼光谱仪的发展

　　早在20世纪70年代中期，拉曼光谱就充分显示了其固有的特点，但是被分析物质及杂质的荧光对其产生严重的干扰。由于拉曼信号很弱，直到80年代中期，人们还认为拉曼技术只有专家才能掌握，不能用于常规分析。

　　80年代早期，人们开始了紫外波段的拉曼研究。那时，低于300nm的激光就要用非线性光学转换的方法实现。用Nd:YAG激光的三倍频、四倍频、五倍频经过氢气的拉曼频移获得184nm和可见波段之间的大量激发频率，它们虽然不是完全可调谐的，但是这些频率之间的间隔已经非常小了。

　　到了90年代初期，人们采用了300Hz的，脉冲宽度为16ns的308nm的XeCl准分子激光泵浦一台染料激光器，再将其输出到倍频208nm，用这种激光器比较容易获得基态光谱，但仍需要对光谱进行计算才能确定基态样品是否在测量结果中占优势。

　　随着腔内倍频的氩离子激光器和倍频的氪离子激光器的开发，给拉曼光源带来了革命性的进展。它们是连续紫外激发光源而不是脉冲紫外激发光源。激发波长217-400nm范围连续可调。90年代末，科学家又采用紫外瑞利散射光光学过滤器和单级单色仪分光，克服了采用复杂的多级单色仪分光光通效率低等缺点，使得紫外拉曼光谱仪成为物质结构成分分析的有力工具。

紫外拉曼光谱仪的优势

　　紫外拉曼光谱相对于可见区拉曼和近红外区拉曼存在着巨大的优势。

　　1、避开了荧光的干扰

　　因为大部分物质的荧光都发生在可见区，用紫外光激发时，即使是斯托克斯线也落在紫外区，因此能够避免荧光的干扰。

　　2、具有很高的灵敏性

　　由于紫外光的光子能量与电子能级间的能量差相当，因此很容易得到共振拉曼光谱，共振拉曼增果是十分显著的。由于上面的的两个原因，使得紫外拉曼光谱仪的灵敏度提高很多倍。

　　3、具有很好的选择性

　　共振拉曼技术利用和特殊样品某一部分内的特殊电子跃迁相一致的频率选择激发，能够选取高纯化学物质，因为只有那些振动态与特定极矩的电子相符合的分子才能明显地增强拉曼谱带，这就使紫外拉曼光谱仪具有了双重选择性。

　　4、在研究高温物质时具有独特的优势

　　由于高温物体具有黑体效应，而黑体辐射的波长集中在可见和近红外区，所以用可见光或近红外光作为激发光时，拉曼信号很容易被黑体辐射所造成的背底所湮没，因此很难观测到拉曼信号。而用紫外光作为激发光时，拉曼信号也随之移到了紫外区，这样就避开了黑体辐射的区域。加之紫外拉曼光谱仪的增强作用，用紫外拉曼光谱仪检测高温样品的拉曼时就容易得到比较理想的结果。

紫外拉曼光谱仪的应用

　　1、生物医药领域的应用

　　大多数生物大分子的拉曼散射很弱，荧光又相当强，加上谱带多，相互交叠，用可见区拉曼分析经常会遇到障碍。由于紫外拉曼光谱仪灵敏度高，又没有荧光干扰，能够获得清晰的谱图。这对生物大分子结构及其在水溶液中受外界环境(温度、离子浓度、pH值)的影响所发生的变化进行研究是非常有用的，拉曼散射截面的测量现已用作检验其局部蛋白质环境的手段之一。另外，通过紫外光激发，引起核酸基电子的共振跃迁，这样就可以在核酸基的浓度比生理浓度低的情况下观察到核酸基的拉曼振动频带。

　　在生物大分子和生物超分子的结构的研究中，特别是在溶液中的生物分子空间结构与功能的相互关系的动态研究中，紫外拉曼光谱仪也是一种有效的方法，应用该方法能够对蛋白质中的三种二级结构作出准确的分析。

　　2、环境污染物的探测

　　多环芳香烃(PAH)是普遍存在的环境污染物，它们有的本身就是“GX”的致癌物，有的会产生高度致癌的物质。这类化合物一旦与DNA共价结合或者嵌入DNA将导致细胞复制能力的减弱。因此，对这类在化学物质、生物体和环境中含量相对较低但危害较大的化合物的探测是极其重要的。

　　人们曾经采用质谱和荧光光谱的方法进行检测，其缺点是质谱法通常需要繁琐的样品制备，而荧光光谱又往往受到荧光淬灭或其他物质荧光的干扰，而且多环芳香碳氢化合物较宽的荧光谱带有时很难反映出相似物质之间的区别，而紫外拉曼光谱仪能够测量到水溶液体系中的多环芳香碳氢化合物。由于紫外拉曼光谱仪较强的选择性，运用紫外共振拉曼光谱能够有效地对痕量萘、蒽、菲和芘等碳氢化合物进行检测和光谱表征。

　　3、无机材料的检测

　　紫外拉曼光谱仪在无机材料的研究中，应用越来越广泛，其中主要包括金刚石膜、非晶碳、各类催化剂、碳氮膜、氧化锆及其搀杂物等。这主要是因为紫外拉曼光谱仪很好得避开了荧光的干扰，并且信噪比很高，能够给出上述无机材料的特征峰。

　　4、高温条件下的应用

　　在高温情况下现场测量对理解固体物质的特性随结构和成分的变化而伴随的改变是非常重要的，激光拉曼光谱在这方面已经有了广泛的应用。但是，在高温情况下，拉曼信号与连续的热辐射背底相比比较弱，这就限制了拉曼技术在此类研究中的进一步应用。为了更好的在高温情况应用此技术，必须提高激发光源的激发功率。但是，激发功率提高后，将会损坏样品。在一些情况下，用紫外光激发是一种比较好的选择的，因为紫外光能将拉曼散射光的波长与热辐射的峰值波长分离。

紫外拉曼光谱仪发展趋势

　　紫外拉曼光谱仪由于避开了荧光干扰和具有较高的灵敏度，在很大程度上拓宽了拉曼光谱在物理、化学、生物、材料等领域中的应用。

　　当然，紫外拉曼光谱仪本身也有一些缺点。首先，相对于可见拉曼光谱仪，紫外拉曼光谱仪的发展要滞后很多，实验技术和理论都不很成熟。其次，由于紫外光的光子能量高，用其照射样品时，会导致一些样品变性。因此，在实验的时候就需要特别注意，不然就有可能得到错误的信息。虽然紫外拉曼光谱仪有这样或那样的缺点，但这并不能掩饰其巨大的优势与潜力，相信通过大家的努力，紫外拉曼光谱仪的应用会越来越普遍。