應用分享丨偏振拉曼光譜測量

如海光電

2021.12.09

什么是偏振拉曼？

光是一種電磁波，電磁波屬于橫波。而振動方向和光波前進方向構成的平面叫做振動面，光在振動平面上只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或線偏振光。

圖1：光的偏振類型

拉曼光譜是一種光學檢測方法，當激發光的光子與樣品分子相互作用時，某些光子在發生散射的同時產生了改變光的頻率，這種現象就是拉曼散射。拉曼光譜具有指紋特性，利用這個特性可以對物質進行定量、定性分析。當所有激發光光源和收集的散射光都有確定的偏振方向，得到的光譜便是“偏振拉曼光譜”。

偏振拉曼光譜的應用

偏振拉曼光譜可以探測分子取向和化學鍵振動對稱性的信息，是研究晶體取向的重要手段之一。Xue-Lu Liu^[1]等人研究了高序熱解石墨(HOPG)的基面和邊面的偏振拉曼光譜，基面具有各向同性，邊緣面具有高度的各向異性，通過偏振拉曼光譜實現了對晶體邊緣面的辨認。Basova^[2]等利用偏振拉曼光譜測試出了八面體分子的方向及性質，分析出了其振動模式。在SERS領域，主要研究集中在研究激發光的偏振方向對SERS增強因子的影響，Shegai T^[3]等發現，非對稱的金屬納米顆粒的聚集體作為納米天線，可以決定拉曼散射光的偏振方向。

產品推薦——偏振拉曼光譜測量系統

使用偏振拉曼測量支架搭配如海光電偏振拉曼探頭使用可實現樣品的偏振拉曼光譜測量。將入射光與散射信號的偏振方向固定，通過轉動樣品，可以對樣品不同偏振方向上拉曼光譜進行收集，并通過數據來分析偏振引起的光譜差異，從而可實現對分子取向以及化學鍵振動對稱性等信息的測量。支架采用嚴格共軸設計，可以保證樣品在轉動時激光焦點不會產生偏離，同時光譜模塊化的設計可以方便用戶進行最合適的配置選型。

圖2 偏振拉曼測量系統

產品特點

體積小巧，性能穩定，易操作
模塊化設計，支架可搭配不同波段、不同配置的光譜儀器使用
3維角度精細調節

產品參數

產品型號	Portman
中心波長	532nm	633nm	785nm
載物臺調節范圍	0-360°
Z軸旋轉范圍	±60°
調節精度	粗調：360°;精調：±5°
平行度	0.02mm
同心度	0.02mm
適用波段	532nm/633nm/785nm
材質	黑色陽極氧化鋁合金
激光功率	0-100mW	0-30mW	0-500mW
拉曼光譜范圍	200-4000cm-1	200-2850cm?1	200-3600cm-1
光譜分辨率@25μm	≤9cm-1	≤7cm-1	≤7cm-1
光譜頻移示值誤差	≤3cm-1
光譜重復性	≤1cm-1
積分時間	1ms-30min

應用領域

分析化學
生物化學
分子生物學
藥物化學及醫學
材料科學

典型譜圖

我們對方解石樣品的偏振拉曼信號進行了研究，使用了785nm的偏振拉曼光譜儀對樣品進行掃描。

我們選取方解石晶體樣品。在采樣時，我們取較為平整的樣品平面為采樣點，調節探頭高度使得焦點位于樣品表面，轉動偏振拉曼支架的載物平臺，每轉動10°記錄一次樣品的拉曼光譜，以此進行了偏振拉曼測量，最終將得到的拉曼光譜信號隨偏振角度變化的情況繪制成三維瀑布圖如圖所示。

圖3 0-400cm^-1方解石極化峰偏振拉曼光譜

圖4 方解石去極化峰偏振拉曼光譜

結果顯示：對于方解石的極化峰，隨著樣品角度從0°到360°變化，極化峰的強度隨之產生周期性變化規律，且兩個峰的強度變化趨勢相反。而對于非極化峰，隨著角度的變化，峰強無明顯變化。利用偏振拉曼可以研究分子取向以及化學鍵振動對稱性等信息。

本文作者：張李輝

[1]劉雪璐,張昕,林妙玲,譚平恒.Different angle-resolved polarization configurations of Raman spectroscopy: A case on the basal and edge plane of two-dimensional materials[J].Chinese Physics B,2017,26(06):422-429.

[2]Basova T V,Kolesov B A,Gurek A G,et al. Thin solid Films,? 2001, 385:246.

[3]Shegai T, Li Z P, Dadosh T, et al. Managing light polarization via plasmon-molecule interactions within an asymmetric metal nanoparticle trimer. Proc Natl Acad Sci USA, 2008, 105: 16448-16453

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