文章主旨

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拉曼光譜是研究分子振動與轉動的散射光譜。拉曼散射現象由印度物理學家拉曼（C. V. Raman）於1928年研究苯的光散射時所發現。由於拉曼散射光譜中的譜帶數量、強度、形狀及頻移大小等，都與分子的振動與轉動躍遷直接相關，因此拉曼光譜能夠提供分子結構資訊。

                                             圖1 拉曼與瑞利散射示意圖：(a) 能階圖；(b) 散射光與波數差

拉曼光譜的特點與優勢

定性精準每種物質皆具有獨特的拉曼特徵峰，如同「分子指紋」般，可快速辨識成分、區分同分異構物、晶型與純度，結果直觀且可靠。

無需溶解、壓片，也不會破壞樣品，固體、液體、粉末及膠體皆可直接量測，特別適合珍貴樣品、微量樣品及易分解樣品。
 

拉曼光譜受水干擾極小，非常適合生物樣品、水溶液、飲料、乳液、細胞等含水系統檢測，這是紅外光譜較難達成的。

數秒至數十秒即可取得光譜，軟體可自動尋峰與比對資料庫，容易上手，適合教學、現場快速檢測與大量測試。

 

實驗儀器與系統架構

（1）儀器組成
         本次實驗採用台灣如海光電光纖光譜儀 XS11639，搭配 785 nm 雷射器與拉曼探頭進行樣品分析。


（2）產品搭建示意圖




 

實驗方法與拉曼光譜分析

使用自行搭建之拉曼光譜系統檢測胺基酸樣品，並透過拉曼位移校正，將像素－拉曼強度光譜轉換為拉曼位移－強度光譜。

圖3 為量測所得之四種胺基酸拉曼光譜：

甘胺酸（圖3a）結構最為簡單，其中892 cm-¹ 為 C－C 伸縮振動峰；1410 cm^-1 為 C－O 對稱伸縮；1323 cm^-1 為 C－H 彎曲振動；2972 cm^-1 為 C－H 伸縮振動；3150 cm^-1 為 N－H 伸縮振動峰。

其他三種胺基酸除了具有羧基與胺基之基本特徵峰外，亦可檢測各自結構特徵之拉曼峰：

苯丙胺酸（圖3b）的苯環特徵峰位於1002、1604、3061 cm^-1
半胱胺酸（圖3c）在2548 cm^-1 有 S－H 伸縮振動峰
甲硫胺酸（圖3d）於：1321、1351和1414、1443 cm^-1具有兩組雙峰，分別為 C－H的伸縮振動與彎曲振動。表1 為四種胺基酸之拉曼峰歸屬。


                                                               圖3 自行搭建拉曼光譜系統檢測胺基酸



                                                     表1 甘胺酸、苯丙胺酸、半胱胺酸與甲硫胺酸之拉曼峰歸屬

 

實驗操作與安全注意事項

（1）雷射安全防護
搭建實驗儀器時，操作人員務必配戴與雷射波長相對應之護目鏡，並穿著棉質長袖防護衣，禁止配戴反光飾品（如手錶、首飾等），以避免雷射直接照射眼睛與皮膚。
建議優先選用功率可調式雷射器，在調整光路時降低雷射功率，並可利用光線產生的丁達爾效應輔助光路準直。進行樣品測試時則提高雷射功率，以增強樣品訊號強度。

（2）光學元件清潔與保護
儀器搭建過程中應配戴手套與口罩，避免指紋與唾液污染光學元件，尤其須注意保護光纖端面與探頭表面的清潔。



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