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拉曼光谱中荧光抑制方法的主要类别

发布时间:2022-01-18 16:26:57 浏览量:2859 作者:Leon

摘要

在传统的拉曼光谱中,许多拉曼活性分子在激发后也表现出荧光,这在复杂的样品中经常会遇到。此外,荧光光子可以诱导一个强背景,也提高了整体镜头噪声,掩盖了更弱的拉曼信号。与微弱的拉曼信号相比,较强的荧光背景使得拉曼光谱的采集困难,导致采集时间较长。

正文


拉曼光谱荧光抑制方法的主要类别

拉曼光谱在大多数应用中的一个严重问题是强荧光背,这部分归因于拉曼光谱的低截面散射。在激光激发下,荧光与Stokes Raman散射同时发生,因为红移的Stokes Raman散射与荧光发射光谱重叠。反斯托克斯拉曼散射不存在荧光问题,因为与激发波长相比,反斯托克斯拉曼散射是蓝移的,因此在光谱中与荧光自然分离。当用可见光激发时,荧光本底问题更为严重。拉曼光谱中的强荧光信号直接影响拉曼测量的准确性和灵敏度。


荧光和自发拉曼信号在波长维度上重叠,因此不能用简单的滤光片分离。幸运的是,它们在以下性质上有所不同,这是许多拉曼测量中荧光抑制方法的基础:

1.荧光发射寿命(纳秒量级)远长于拉曼散射寿命(皮秒量级)。这一原理产生了各种时域方法,其中一个超快脉冲激光器用于激励,可应用于时域拉曼光谱系统,需要注意的是,激光脉冲不应该太短,因为小于1ps的脉冲不太单色,这会导致光谱分辨率的严重损失。超快光脉冲序列激发样品晚到荧光发射后的快到拉曼散射光可以被短时分离。


2.当激发光在高频率下进行调制时,荧光和拉曼信号寿命的差异可以转化为比拉曼信号更大的相位延迟和幅值解调荧光。这一原理是所有频域方法的基础。


3.拉曼光谱的波长随激发波长的变化而变化,而更宽的荧光峰对激发波长不敏感。这种性质导致了各种波长域方法,如位移激发拉曼差分光谱(SERDS)。


4.拉曼峰的带宽比荧光峰窄得多。这一特性导致了各种基于算法的基线校正方法,用于采集数据后的荧光背景去除。


5.当分子与金属等纳米粒子直接接触时,荧光背景会被有效猝灭,拉曼信号会显著增强。这一事实导致了表面增强拉曼光谱(SERS)的快速发展。SERS可以通过荧光团和金属纳米粒子(NPs)之间的相互作用增强或减弱荧光发射强度,这取决于金属纳米粒子的形状、荧光团分子偶极矩的方向以及荧光团发射光谱与金属纳米粒子表面等离子体共振光谱的重叠。


6.当激发光的频率接近分子的电子跃迁时,拉曼信号可以大大增强,在荧光中占主导地位。这种现象是由于拉曼光谱的光谱选择规则,导致共振拉曼光谱。一些非线性技术,如相干反斯托克斯拉曼光谱和受激拉曼光谱(SRS)也可以显著增强拉曼信号,同时最小化检测到的背景荧光的比例。


7.其他抑制荧光的方法还包括偏振门控、采样光学和几何图形、光漂白等。


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