激光显微拉曼光谱仪相关信息 - 东华大学讲解
激光显微拉曼光谱仪（Micro-Raman Spectroscopy System）
仪器型号：inVia-Reflex
生产厂家：英国Renishaw
主要配置：
主机：325nm、532nm、633nm、785nm四个激光器，1200、1800、2400、3600 l/mm四个光栅，计算机控制16级激光衰减片，高性能研究级原装Leica显微镜。
附件：XYZ三维自动平台，变温样品台（温度－196℃～＋600℃），大样品附件，偏振附件，旋转样品台。
主要技术指标：
灵敏度：可见激发光单晶硅三阶峰的信噪比优于16:1，紫外激发光单晶硅一阶峰（520cm-1）的信号强度≥100CNT。
谱重复性：≤±0.15cm-1。
光谱分辨率：可见光谱≤1cm-1，紫外光谱≤2cm-1。
空间分辨率：与×100物镜联用，横向分辨率≤0.5μm，光轴方向纵向分辨率≤2μm。
光谱测量范围：
325nm激光激发：200cm-1-4000cm-1拉曼位移及360nm-1000nm光致发光（PL）测量
532nm激光激发：50cm-1-9000cm-1拉曼位移
633nm激光激发：50cm-1-6000cm-1拉曼位移
785nm激光激发：50cm-1-3200cm-1拉曼位移
主要用途：
无机、有机、高分子等化合物的定性和定量分析；
材料晶型变化、结构及其缺陷的研究；
材料成分表面分布及其深度分布变化研究；
高分子结构变化、相容性、应力松弛及分子相互作用研究；
生物大分子的构象变化及相互作用研究；
未知物无损分析。
激光拉曼光谱仪实验报告
实验六 激光拉曼光谱仪 【目的要求】 1.学习和了解拉曼散射的基本原理； 2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL 4的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL 4、计算机、打印机 【原 理】 1. 拉曼散射 当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射 而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。 ⑴ 弹性碰撞 弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3×105HZ ，在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。 ⑵ 非弹性碰撞 光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。 由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一部分能量给分子, 或者从分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值21E E E -=?。在光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能
激光拉曼光谱的原理和应用及拉曼问答总结(整理完毕)
激光拉曼光谱的原理和应用 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会暗原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究 推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应。 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不公改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。 对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 拉曼光谱仪的主要部件有： 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。 有机化学 拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物 拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。 生物 拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质
Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明
Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明 一、开机顺序 1、打开主机电源； 2、计算机电源 3、将使用的激光器电源 1）、514nm：打开激光器后面的总电源开关->打开激光器上的钥匙； 2）、785nm：直接打开激光器电源开关。 二、自检 1、用鼠标双击WiRE2.0 图标，进入仪器工作软件环境； 2、系统自检画面出现，选择Reference All Motors 并确定(OK)。系统将检验所有的电机。 3、从主菜单Measurement -> New -> New Acquisition 设置实验条件。静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为in。 4、使用硅片，用50 倍物镜，1 秒曝光时间，100%激光功率取谱。使用曲线拟合（Curve fit）命令检查峰位。 三、实验 1、实验条件设置 1）、点击设置按钮（或者菜单中Measurement-->Setup Measurement），（设置）下列参数 2）、OK：采用当前设置条件，并关闭设置窗口；Apply：应用当前设置条件，不关闭窗口； 2、采谱：执行Measurement -> Run 命令。 四、关机 1、关闭计算机 1）、关闭WiRE2.0 软件； 2）、Start-->Shut Down-->Turn off computer。计算机将自动关闭电源。 2、关闭主机电源； 3、关闭激光器 1）、关闭钥匙； 2）、514 激光器散热风扇会继续运转，此时不要关闭主电源开关。等风扇自动停转后再关闭主电源开关； 五、注意事项 1、开机顺序：主机在前，计算机在后。 2、关机顺序：计算机在前，主机在后。514nm 激光器要充分冷却后才能关闭主电源。 3、自检：一定要等自检完成再做其他动作。不能取消（Cancel）。 4、硅片：514nm，自然解理线与横向成45 度时信号最强。780nm，(633nm,325nm)自然解理线与横向基本平行时信号最强。
显微共焦激光拉曼光谱仪
显微共焦激光拉曼光谱仪 中国科学院广州化学研究所分析测试中心 事业部----卿工---131-1331-6131 仪器公司：英国RENISHAW 仪器型号：INVIA 技术指标： 测试范围： 1）80-9400cm-1（514.5nm激发光） 2）100-5800cm-1（632.8nm激发光） 3）100-3200cm-1（785nm激发光） 空间分辨率：横向1微米，纵向1微米 光谱分辨率:1-2 cm-1 光谱重复性：±0.2 cm-1 拉曼光谱简介： 当一束单色光（激光）照射在样品上，会被物质所散射，大部分散射光的频率与入射光的相同，但也有少量散射光出现频移，这种反映物质化学键或分子振动特征的非弹性散射现象是印度物理学家C.V.拉曼于1928年发现的，故被称为拉曼效应。样品对激光的散射光频率——拉曼光谱，可以在一台与拉曼光谱仪连接起来的、普通光学显微镜上获得。 拉曼光谱可反映材料的化学组成、状态、聚合情况以及应力、取向等信息，已广泛应用于薄膜、涂料、集成电路、矿物包裹体等的研究，以及颜料、毒品、爆炸物和生物组织等领域的鉴定工作中。 Manufacture: Renishaw Model: Invia Main Specifications:
Spectra Range 1）80-9400cm-1（514.5nm laser） 2）100-5800cm-1（632.8nm laser） 3）100-3200cm-1（785nm laser） Spacial Resolution: lateral 1 micro, depth 1 micro Spectral Resolution: 1-2 cm-1 Spectral Repeatability: ±0.2 cm-1 Introduction to Raman Spectroscopy： When a sample is illuminated with a monochromatic light (a laser), the light is scattered by the material. Most of the scattered light have the same frequency or color as the incident light, but a very tiny amount experiences a frequency shift, which is characteristic of the chemical bonds or molecules present in the material. This inelastic scattering of light is called the Raman effect after C.V.Raman, who discovered in 1928. The scattered frequencies, i.e. Raman spectroscopy, is analyzed by a conventiona optical microscope coupled to a Raman spectrometer, It gives information on the material chemical composition, state, aggregation, and even factors like stress, orientation, etc. Raman spectroscopy has been applied to the study of thin films, coatings, microelectronic integrated circuits, mineral inclusions, pigments in art works, identification of narcotics and plastic explosives, biological tissues and others.
激光拉曼光谱仪实验报告
实验六激光拉曼光谱仪 【目的要求】 1.学习和了解拉曼散射的基本原理； 2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL、计算机、打印机 【原理】 1.拉曼散射 当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。 (1)弹性碰撞 弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3X 105HZ在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。 ⑵非弹性碰撞 光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。 由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换，光子转移一部分能量给分子或者从分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值=E - E2。在光子与分子发生非弹性碰撞 过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能 量，从而处于激发态Ei,这时的光子的频率为、-- ■'■：■■-（入射光的频率为\ 0）;
激光拉曼光谱技术
激光拉曼光谱技术 摘要:论文综述了激光拉曼光谱的发展历史，拉曼光谱原理，其中有自发拉曼散射，相干反射托克斯拉曼散射光谱和受 激拉曼散射。 关键词:激光拉曼光谱原理自发反斯托克斯受激 正文 1．拉曼光谱的发展历史 印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发 现了新的辐射谱线:在入射光频率ω0的两边出现呈对称分 布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是属于一种 新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。拉曼因发现这一新的分子辐射和所取得的许多光散射研究 成果而获得了1930年诺贝尔物理奖。与此同时,前苏联兰 茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象, 即由光学声子引起的拉曼散射,称之谓并合散射。 法国罗卡特、卡本斯以及美国伍德证实了拉曼的观察 研究的结果。然而到1940年,拉曼光谱的地位一落千丈。 主要是因为拉曼效应太弱(约为入射光强的10-6),人们难以 观测研究较弱的拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上 的高阶拉曼散射效应。并要求被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期,红外技 术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落。1960年 以后,红宝石激光器的出现,使得拉曼散射的研究进入了一 个全新的时期。由于激光器的单色性好,方向性强,功率密 度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率。成为拉曼 光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的 降低,目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱
得到了广泛的应用,越来越受研究者的重视。 70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。80年代以来,美国Spex公司和英国Rr i ns how公司 相继推出,位曼探针共焦激光拉曼光谱仪,由于采用了凹陷 滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,因而不在需要采用双联单色器甚至三联单色器,而只需要采用单一单色器,使光源的效率大大提高,这样入射光的功率 可以很低,灵敏度得到很大的提高。Di l o公司推出了多测点在线工业用拉曼系统,采用的光纤可达200m,从而使拉曼 光谱的应用范围更加广阔。 2拉曼光谱的原理 2.1自发拉曼散射 泵浦光注入光纤后，其部分能量转为拉曼散射光，当 泵浦光的强度小于阈值时，这时光纤分子的热平衡没有被 破坏，这种拉曼散射叫自发拉曼散射。拉曼散射的产生原 因是光子与分子之间发生了能量交换改变了光子的能量。2.2拉曼散射的产生 光子和样品分子之间的作用可以从能级之间的跃迁来 分析。样品分子处于电子能级和振动能级的基态,入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量,但又不足以将分子激发到电子能级激发态。这样,样品分子吸收光子后到达一种准激发状态,又称为虚能态。样品分子在准激发态时是不稳定的,它将回到电子能级的基态。若分子回到电子能级基态中的振动能级基态,则光子的能量未发生改变,发生瑞 利散射。如果样品分子回到电子能级基态中的较高振动能 级即某些振动激发态,则散射的光子能量小于入射光子的能量,其波长大于入射光。这时散射光谱的瑞利散射谱线较低频率侧将出现一根拉曼散射光的谱线,称为St okes线。如果样品分子在与入射光子作用前的瞬间不是处于电子能级 基态的最低振动能级,而是处于电子能级基态中的某个振动能级激发态,则入射光光子作用使之跃迁到准激发态后,该 分子退激回到电子能级基态的振动能级基态,这样散射光能量大于入射光子能量,其谱线位于瑞利谱线的高频侧,称为
第十五章 激光拉曼光谱分析
第15章激光共焦显微拉曼光谱分析 拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的，拉曼光谱因之而得名。光和介质分子相互作用时会引起介质分子作受迫振动从而产生散射光，其中大部分散射光的频率和入射光的频率相同，这种散射被称为瑞利散射，英国物理学家瑞利于1899年曾对其进行了详细的研究。在散射光中，还有一部分散射光的频率和入射光的频率不同。拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的太阳光呈现蓝色，但是当光束再次进入溶液后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光，拉曼认为这是光与溶剂分子相互作用产生的一种新频率的光谱线。因为这一重大发现，拉曼于1930年荣获诺贝尔物理学奖。 拉曼光谱得到的是物质的分子振动和转动光谱，是物质的指纹性信息，因此拉曼可以作为认证物质和分析物质成分的一种有力工具。而且拉曼峰的频率对物质结构的微小变化非常敏感，所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察，来研究在某些特定条件下，例如改变温度、压力和掺杂特性等，所引起的物质结构的变化，从而间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息，如应力分布等。 拉曼光谱技术具有很多优点：光谱的信息量大，谱图易辨认，特征峰明显；对样品无接触，无损伤；样品无需制备；能够快速分析、鉴别各种材料的特性与结构；激光拉曼光谱仪的显微共焦功能可做微区微量以及分层材料的分析（1 μm左右光斑）；能适合黑色和含水样品以及高低温和高压条件下测量；此外，拉曼光谱仪使用简单，稳固而且体积适中，维护成本也相对较低。 激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。在化学方面应可应用于有机化学、无机化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面可以应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有及其广泛的应用。 15.1基本原理 入射光与物质相互作用时除了发生反射、吸收、透射以及发射等光学现象外，还会发生物质对光的散射作用。相对于入射光的波数，散射光的波数变化会发生三类情况。第一类为瑞利散射，其频率变化小于3×105Hz，波数基本不变或者变化小于10-5 cm-1；第二类为布里渊散射，其频率变化小于3×109Hz，波数变化一般为(0.1～2) cm-1；第三类频率改变大于3×1010Hz，波数变化较大，这种散射被称为拉曼散射。从散射光的强度看，最强的为瑞利散射，一般为入射光的10-3，最弱的为拉曼散射，它的微分散射面积仅为10-30 cm2mol-1sr-1，其强度约为入射光的10-10左右。 经典的物理学理论认为，红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。
激光拉曼光谱分析
第十一章 激光拉曼光谱分析 （Laser Raman Spectroscopy ，LRS ） §11-1 拉曼光谱原理 一、拉曼光谱 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。 在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。 由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程,一般其光强仅约为入射光强的10-10 。 1、瑞利散射 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时，没有能量交换，光子仅改变运动方向，这种散射称瑞利散射。入射光与散射光的频率相同，如图中2、3两种情况。 2、斯托克斯(Stokes)散射 当光子与物质的分子发生非弹性碰撞时，可以得到或失去能量，当受激分子 υ=0 图11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 υ=1
从基态跃迁到某一虚拟态，返回到某一激发态，入射光频率大于散射光频率，如图中第1种情况，最后这种散射称斯托克斯(Stokes)线。 3、反斯托克斯(Anti-Stokes)散射 当原处于激发态的分子跃迁到某一虚拟态，返回到基态，入射光频率小于散射光频率，如图中第4种情况。这种散射称反斯托克斯(Stokes)线。 由于常温下处于基态的分子占绝大多数，斯托克斯线比反斯托克斯线强得多。 4、拉曼位移 入射光频率与拉曼散射光频率之差称拉曼位移。它与物质的振动和转动能级有关，不同的物质有不同的拉曼位移。 对于同一种物质，若用不同频率的入射光照射，所产生的拉曼散射光的频率也不相同，但拉曼位移却是一个确定值。 因此，拉曼位移与入射光频率无关，仅与分子振动能级有关。—拉曼光谱物质分子结构分析和定性鉴定的依据。 5、拉曼光谱： 横坐标：拉曼位移； 纵坐标：强度 二、去偏振度 激光是偏振光。 起偏振器测得的垂直于入射光方向散射光强和平行于入射光方向散射光强的比值称去偏振度，用ρ表示。 ρ取值：0~3/4； ρ→0，对称性高，ρ→3/4，不对称结构 三、共振拉曼效应 当选取的入射激光波长非常接近或处于待测分子生色团吸收频率时，产生电子耦合，拉曼跃迁的几率大大增加，使得分子的某些振动模式的拉曼散射截面增强高达106 倍,这种现象称为共振拉曼效应(Resonance Raman ,RR) 。 利用共振拉曼光谱的某些拉曼谱带的选择性增强，可以得到生色团振动光谱信息。但是只有少数分子具有与处于可见光区的激发光相匹配的电子吸收能级。（只有与生色团有关的振动形式才具有共振拉曼光谱）
激光拉曼光谱分析.doc
第 11 章激光拉曼光谱分析 第十一章激光拉曼光谱分析 （L aser Raman Spectroscopy， LRS） 教学要求 1.理解拉曼散射的基本原理 2.理解拉曼光谱和红外光谱与分子结构关系的主要差别 3.了解拉曼光谱仪器结构 4.了解激光拉曼光谱的应用 重点：拉曼光谱原理；拉曼光谱与红外光谱的关系 难点：拉曼光谱与红外光谱的关系 课时安排： 1.5 学时 §11-1 拉曼光谱原理 一、拉曼光谱 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。 在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。 由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分 子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱 ,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程 ,一般其光强仅约为入射光强的 10-10。 1、瑞利散射 虚拟态 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时， hυ0hυ0 没有能量交换，光子仅改变运动方向，这种散射称瑞利散射。入射光与散射光的频率相同，如图中 2、3 两种情况。 2、斯托克斯 (Stokes)散射 hυ0h(υ0-υ1) hυ0hυ0hυ0h(υ0+υ1) υ=1 υ=0 图 11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 当光子与物质的分子发生非弹性碰撞时，可以得到或失去能量，当受激分子
《激光拉曼光谱》.(DOC)
激光拉曼光谱实验讲义 引言 一 实验目的 1、了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二 实验原理 当波束为0ν的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。按散射光相对于入射光 波数的改变情况，可将散射光分为三类：第一类，其波数基本不变或变化小于5110cm --，这类散射称为瑞利散射；第二类， 其波数变化大约为10.1cm -，称为布利源散射；第三类是波数变化大于11cm -的散射，称为拉曼散射；从散射光的强度看， 瑞利散射最强，拉曼散射最弱。 在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。 在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。当入射的光量子与分子相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是非弹性碰撞的散射。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，光量子转移一部分能量给散射分子，或者从散射分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值12E E E ?=-，当光量子把一部分能量交给分子时，光量子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光（斯托克斯线），散射分 子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态 1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-?；当分子已经处于振动或转动的激发态1E 时，光量子则从散射分子中取得 了能量E ?（振动或转动能量），以较大的频率散射，称为频率较 高的光（反斯托克斯线），这时的光量子的频率为 0ννν'=+?。如果考虑到更多的能级上分子的散射，则可产生更多的 斯托克斯线和反斯托克斯线。
激光拉曼光谱的工作原理及应用
论文题目：激光拉曼光谱的工作原理及应用 论文要求： 激光拉曼光谱技术拥有广泛的应用及广阔的前景。简要概述激光拉曼的工作原理及其应用，要求内容充实，论述详细透彻，不少于1000字。 教师评语： 教师签字： 年月日 论文题目：激光拉曼光谱的工作原理及应用 激光拉曼光谱的工作原理 拉曼光谱通常采用的单色光源是激光，将分子激发到一种虚态，之后受激分子跃迁到与基态不相同的振动能量级，这时，散射辐射的频率对比入射频率将发生改变。这种频率的改变和基态与终态的振动能量级差相同。这样的非弹性散射光就叫做拉曼散射频率不发生变的散射称之为弹性散射，即瑞利散射。如果拉曼散射频率一但低于入射频率时，称为斯托克散射。相反，称为反斯托克散。 瑞利散射和拉曼散射的介绍 当激发光的光子和散射中心的分子相互作用时，绝大部分的光子只是改变了传播方向，即发生了散射，而光的频率仍然和激发的光源相同，那么这种散射叫做瑞利散射。但是同样也有很微量的光子改变光的传播方向，还改变了光波频率，这叫做拉曼散射。它的散射光的强度大约占有总数的10-6 ～l0-10 。产生拉曼散射的原因是光子和分子发生了能量的交换从而使光子的能量发生了改变。 拉曼散射的产生过程 通过分析能级之间的跃迁可以知道光子和样品分子之间的相互作用。将样品分子处于电子能量级与振动能量级的基态时，此时入射光子的能量数远远大干振动能量级跃迁时需要的能量数，但这些能量不能够将分子激发到电子能量级的激发状态。样品分子吸收了这些光子后便到达了准激发状态，这叫做虚能态。样品分子在这种准激发状态时非常不稳定，它将恢复到电子能量级的基态。当分子恢复到这种状态时，光子的能量却没有发生改变，此时，发生瑞利散射。如果样品分子恢复到能级基态中比较高的振动能级时，则入射光子的能量大于散射光子能量，它的波长将比入射光大。这时在散射光谱的频率低的一侧瑞利散射谱线处将出现一根散射光的谱线，叫做Stokes线。假如样品分子与入射光子发生反应前的一瞬间不处于最低振动能级的能级基态，而是处于电子能级基态的振动能级激发态时，则在入射光光子作用后它跃迁到准激发态，该分子退回到了电子振动能级基态，这样散射光的能量比入射光子能量大，这时谱线位于瑞利谱线的高频率一侧，称为anti-Stokes线。Stokes线和anti—Stokes 线位于瑞利谱线的两侧并且间距相等。我们统称Stokes线和anti-Stokes线为拉曼谱线。 拉曼位移的相关介绍及重要意义
仪器名称激光显微拉曼成像光谱仪
仪器名称：激光显微拉曼成像光谱仪 数量：1套，进口 用途：研究级激光显微拉曼成像光谱仪，具有快速拉曼成像、自动化光学控制系统、高灵敏度检测方式、多功能软件及拉曼数据库等分析功能，可以广泛应用于生物样品的拉曼光谱检测及拉曼成像分析,以及材料、物理、化学、生物、地质等领域的物质结构鉴定和分子相互作用分析。具体应用如下： 1. 表面增强拉曼散射（SERS）：采用SERS技术可对核酸、蛋白等各种重要的生物分子及疾病标志物进行高灵敏度检测。 2. 拉曼成像分析：通过共聚焦激光扫描方式，能实现细胞或组织中特定目标靶分子的实时拉曼成像分析，能实现快速扫描；同时可用于药物与生物分子的相互作用研究。 3. 物质结构鉴定：可进行爆炸物、聚合物等多种物质的结构和组成分析。 4. 能升级与原子力显微镜、近场光学显微镜等联用（RAMAN/AFM等），无需对拉曼光谱仪主机进行改造。 技术指标（标注有* 的部分为重要技术条款，不能有负偏离）： 一、主机系统（本项中关键性能指标需在标书中注明测试条件） 1. 光谱仪：光谱仪采用消色差消像差光路设计，系统信号光路通光效率>30%；或采用光纤耦合无反射镜设计。 2. *灵敏度：单晶硅三阶峰的信噪比优于20:1，可观察到四阶峰。 3. *光谱分辨率：≤2 cm-1 4. *光谱重复性：优于±0.2cm-1 5. 共聚焦技术： （1）软件控制机械式针孔式真共聚焦技术，或采用新型共焦显微技术，保证层析测量的精度； （2）*空间分辨率：横向分辨率≤1微米，光轴方向纵向分辨率≤2微米，共焦深度需精确连续可调。 二、激光激发组件：配备532 nm/633 nm(或638nm)/785 nm三组激光器。 1．532nm高亮度长寿命固体激光器，激光输出功率≥20mW, TEM00空间模式。532nm激发时拉曼光谱测量范围至少覆盖100cm-1~6000cm-1拉曼位移。 2．785nm 高亮度长寿命半导体激光器，激光输出功率≥80mW, TEM00空间模式。拉曼光谱测量范围至少涵盖100cm-1~3100cm-1拉曼位移
激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用3讲解
激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用 1．宝石中包体的成分及成因类型 宝石中包体的成分和性质对其成因、品种及产地的鉴别具有重要的意义。传统的固相 矿物包体的鉴定与研究方法是将矿物包体抛磨至样品表面，尔后采用电子探针分析测试 之。 而对流体包体的研究则主要采用显微冷、热台去观察冷冻和加热过程中，流体包体内 各物相的变化特征，测定均一温度、低共熔点度及冷冻温度，最终通过相平衡数据去推 断或计算流体包体的分子成分、密度、形成温度、压力及盐度等。上述方法均属破坏性测 试，显然于宝石鉴定与研究。 拉曼光谱具有分辨率和灵敏度较高且快速无损等优点，特别适于宝石内部 1μm 大小 的单个流体包体及各类固相矿物包体的鉴定与研究。例如，利用拉曼光谱对 辽宁 50 号岩管金刚石包体的测试结果表明，该地区金刚石中常见的矿物包体类型为橄榄 石、铬铁矿、铬镁铝榴石、镁铝榴石、金属硫化矿物、石墨及流体包体。 又如，利用拉曼光谱对桂林水热法合成黄色蓝宝石中流体包体进行了测试，确定液相 中含有具 鉴定 意义 的碳 酸根 (矿化 剂)成 分。再 如，利用拉 曼光 谱对助熔剂合成红宝石和熔 合处理红宝石进行了测试， 确定助熔剂残余物(晶质体)和次生玻璃体(非晶体)的拉曼谱峰， 前者在 800—1000cm -1 范围内显示一组密集、相对计数强度较高的拉曼锐谱峰。 2．人工处理宝石的鉴定 近年来，珠宝市场上面市的人工充填处理宝石类型多为人造树脂充填处理翡翠、祖母 绿、绿松图2-2-23 绿柱石中流体包体的拉曼光谱 显示方解石子矿物 图2-2-24 合成红宝石中助溶剂残余的 拉曼光谱
石和铅玻璃充填处理红宝石、钻石等。宝石裂隙中的各类充填物质给珠宝鉴定人员带来一定的困难，然而，利用拉曼光谱分析测试技术有助于正确地鉴别它们。 例充填处理翡翠中环氧树脂的拉曼谱峰具体表征为，由苯环伸缩振动致红外吸收弱谱位于3069cm-1 处，与之对应由v as(CH2)不对称伸缩振动致红外吸收谱带位于2934cm-1 处，而v s(CH2)对称伸缩振动致红外吸收锐谱带则位于2873cm-1 处。利用拉曼光谱分析测试技术对染色处理黑珍珠和海水养殖黑珍珠的鉴定也获得满意的结果。 3. 相似宝玉石品种的鉴定 自然界中，分布最为广的硅酸盐类宝石的拉曼 光谱主要由复杂的硅氧四面体组合基团或基团群 的振动光谱组成，由于各硅酸盐类宝石中分子的 基团的特征振动频率(Si—O 伸缩振动、Si—O—Si 和O—Si—O 弯曲振动)存在明显的差异，导致各自 拉曼光谱的表征不一。例如，利用拉曼光谱测试技 术能有效地鉴别黑色翡翠及其相似玉种，如黑色角 闪石质玉、黑色钠铬辉石质玉、黑色蛇纹石质玉及黑色软玉等黑色相似玉种。图2-2-25为摩西西玉的拉曼光谱，显示其矿物成分为钠长石、角闪石、铬硬玉、钠铬辉石及铬铁矿。图2-2-25 摩西西玉的拉曼光谱 Ab钠长石，Eck角闪石，Ast铬硬玉，Chr铬铁矿
激光拉曼光谱法讲解
第三节激光拉曼光谱法 在分子的振动中，有些振动由于偶极矩的变化表现了红外活性，能吸收红外光，从而出现了红外吸收谱带(见第二章第二节)，但有些振动却表现了拉曼活性，产生了拉曼光谱谱带．这两种方法都能提供分子振动的信息，起到相互补充的作用，采用这两种方法，可获得振动光谱的全貌． 拉曼光谱是一种散射光谱。在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段。后来随着实验内容的深人，由于拉曼效应太弱，所以随着红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位随之下降。 自1960年激光问世，并将这种新型光源引入拉曼光谱后，拉曼光谱出现了新的局面，已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域，成为重要的分析工具。而且由于它的一些特点，如水和玻璃散射光谱极弱，因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用具有突出的特长。近几年又发展了傅里叶变换拉曼光谱仪，使它在高分子结构研究中的作用与日俱增。 3．1基本概念 3．1．1拉曼散射及拉曼位移 拉曼光谱为散射光谱。当一束频率为V0的人射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0．1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；反之，若发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测频率为(V0—△E/h)的线，称为斯托克斯(stokes)线，如图3—1所示，如果它是红外活性的话，△E/h的测量值与激发该振动的红外频率一致。相反，若光子从样品分子中获得能量，在大于入射光频率处接收到散射光线，则称为反斯托克斯线。处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态，与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯托斯线。 斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。但在正常情况下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采用斯托克斯线研究拉曼位移。 拉曼位移的大小与入射光的频率无关，只与分子的能级结构有关，其范围为25～4000cm-1，因此人射光的能量应大于分子振动跃迁所需能量，小于电子能级跃迁的能量。 红外吸收要服从一定的选择定则，即分子振动时只有伴随分子偶极矩发生变化的振动才能产生红外吸收。同样，在拉曼光谱中，分子振动要产生位移也要服从一定的选择定则，也就是说只有伴随分子极化度α发生变化的分子振动模式才能具有拉曼活性，产生拉曼散射。极化度是指分子改变其电子云分布的难易程度，因此只有分子极化度发生变化的振动才能与入射光的电场E相互作用，产生诱导偶极矩u： u=αE (3—1) 与红外吸收光谱相似，拉曼散射谱线的强度与诱导偶极矩成正比。在多数的吸收光谱中，只具有二个基本参数(频率和强度)，但在激光拉曼光谱中还有一个重要的参数即退偏振比(也可称为去偏振度)。由于激光是线偏振光，而大多数的有机分子是各向异性的，在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是不同的。在红外中只有单晶和取向的高聚物才能测量出偏振，而在激光拉曼光谱中，完全自由取向的分子所散射的光也可能是偏振的，因此一般在拉曼光谱中用退偏振比(或称去偏振度)ρ表征分子对称性振动模式的高低。ρ=I|/I—3-2)
激光拉曼光谱的测定
实验四 激光拉曼光谱的测定 093858 张亚辉 一. 实验目的 1、了解拉曼光谱的基本原理，掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。 2、测量一些常规物质和复杂样品的拉曼光谱。 二. 实验原理 当用波长比试样粒径小得多的频率为υ的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。散射光中除了存在入射光频率υ外，还观察到频率为υ±△υ的新成分，这种频率发生改变的现象就被称为拉曼效应。υ即为瑞利散射，频率υ+△υ称为拉曼散射的斯托克斯线，频率为υ-△υ的称为反斯托克斯线。△υ通常称为拉曼频移，多用散射光波长的倒数表示，计算公式为 1 1λλ ν-= ? 式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。△υ的单位为cm -1。 由于拉曼谱线的数目、频移、强度直接与分子振动或转动能级有关。因此，研究拉曼光谱可以提供物质结构的有关信息。自从激光问世以来，拉曼光谱的研究取得了长足进展，已广泛应用于物理、化学、生物以及生命科学等研究领域。 图 1显微共焦激光拉曼光谱仪结构 显微镜 样品 狭缝 光栅 扩束器
三、实验仪器和试剂 1. 显微共焦激光拉曼光谱仪 Renishaw inVia （英国雷尼绍公司） Renishaw 显微共焦激光拉曼光谱仪原理： 本系所用的是英国雷尼绍显微共聚焦激光拉曼光谱仪（图2），它具有诸多优势如：高稳定性、高重复性高重复光谱，重复性：≦±0.2波数；激光阻挡水平高 (杂散光抑制水平高)；高灵敏度 (贯穿于整个仪器设计中)：各激发光波长配以各自独立的引入光学元件（反射镜等）, 使到达样品的激光功率最大。透射式光谱仪设计，以避免散焦缺陷。并对各激发光波段配以相应的透镜, 使每激光谱段分别都达到最佳透过效率,获得最高的通光效率。 2. 粉碎机、载玻片、盖玻片、胶头滴管 3. 测试样品 常规物质：CCl 4，KNO 3 复杂样品：不同淀粉类作物 自备样品：不同材料的小挂件 四.实验步骤 1. 打开主机和计算机电源，同时打开激光器后面的总电源开关，将仪器预热20分钟左右。 2. 自检. 静态取谱（Static ），中心520 Raman Shift cm -1, Advanced -> Pinhole 设 图2 雷尼绍显微共聚焦激光拉曼光谱仪
拉曼光谱仪操作手册
拉曼光谱仪操作手册 一．激光器的开关机步骤 1. 开机： ⑴. 用万用表检查配电柜中的三相电，是否在正常值（380V）±5%的范围之内， 合上空开。 ⑵．启动水冷器，并将水温设置到22℃。打开冷却水球阀。 ⑶.检查遥控头上是否还有故障灯亮启。检查遥控头上的各个按键是否在正常位 置，旋钮是否在最小处。在确定无误后，将遥控头上的钥匙顺时针扭动九十度。经过延时后，激光器电流将跳升至启始电流（10Amps左右）。 ⑷．激光器启动10分钟后，将电流缓慢加至工作电流（工作电流根据实际情况 而定）。半小时后，激光器功率输出可以稳定。 ⑸．改变输出波长时，首先应分别调整激光头后端上的竖直、水平旋钮，使现用 波长激光的输出功率最大。然后拧动竖直旋钮（从短波长向长波长变化时顺时针拧动，反之逆时针）。找到所需谱线后，再分别微调竖直、水平旋钮，使输出功率最佳。 ⑹．若要将棱镜更换成全反镜时，首先应适当加大激光器的电流并拧动竖直旋钮 将谱线调到488nm，然后分别微调竖直、水平旋钮，使激光输出达到最佳。 逆时针拧动棱镜镜架，并退下棱镜。将全反镜镶入腔孔（在将全反镜镶入腔孔时，注意避免镜面碰到腔孔的边缘，以免造成全反镜的损坏），随之顺时针拧动全反镜架使之卡入到位。此时应有激光出现。微调竖直、水平旋钮使激光输出达到最佳。 2．关机： ⑴．将激光器的电流由工作电流降至启始电流。将钥匙逆时针扭动九十度。 ⑵．拉下激光器电源空开。 ⑶．激光器关机10分钟或确认激光器已被充分冷却后，关断水冷器电源并关闭 冷却水球阀。 3．注意事项及突发情况的应急处理： ⑴．激光器在开启，电流跳升至启始电流10分钟后，方可缓慢加大电流至工作 电流。 ⑵．激光器关机尤其在关断冷却水后，一般不要重新开机。若遇特殊情况必须开 机时，在确认前次断水时激光器是在得到充分冷后才断水的，可以开机。开机步骤与正常开机相同。 ⑶．激光器若长时间不用，也应定期将激光器开启，并适当加大电流运行一段时 间，以免激光器长时间放置，激光管欺压增高造成损坏。 ⑷．激光器在正常运行中遇到突然断电或冷却水管道发生爆裂等情况，造成冷却 水突然断水时，应立即关断激光器冷却水进水球阀，短时间内不要重新启动（避免短时间内供水恢复后，冷水再次进入激光器，造成激光管损坏）。然后按正常关机步骤关闭激光器。24小时后方可重新开机。 二．校准拉曼光谱仪 1. 把夹缝1，夹缝2，夹缝3和夹缝4分别设置成100，100，全开和全开的状 态。
石墨烯材料拉曼光谱测试详细讲解
2004年英国曼彻斯特大学的A.K.Geim领导的小组首次通过机械玻璃的方法成功制备了新型的二维碳材料-石墨烯（graphene）。自发现以来，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它在各学科方面的优异性能，使其成为近年来化学、材料科学、凝聚态物理以及电子等领域的一颗新星。 就石墨烯的研究来说，确定其层数以及量化无序性是至关重要的。激光显微拉曼光谱恰好就是表征上述两种性能的标准理想分析工具。通过测量石墨烯的拉曼光谱我们可以判断石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷多少、边缘结构、张力和掺杂状态等结构和性质特征。此外，在理解石墨烯的电子声子行为中，拉曼光谱也发挥了巨大作用。 石墨烯的典型拉曼光谱图 石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面内振动引起的，ｗｗｗ．ｇｌｔ９１０．ｃｏｍ它出现在1580cm-1附近，该峰能有效反映石墨烯的层数，但极易受应力影响。D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰，该峰出现的具体位置与激光波长有关，它是由于晶格振动离开布里渊区中心引起的，用于表征石墨烯样品中的结构缺陷或边缘。G’峰，也被称为2D峰，是双声子共振二阶拉曼峰，用于表征石墨烯样品中碳原子的层间堆垛方式，它的出峰频率也受激光波长影响。举例来说，图1[1]为514.5nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图。其对应的特征峰分别位于1582cm-1附近的G峰和位于2700cm-1左右的G’峰，如果石墨烯的边缘较多或者含有缺陷，还会出现位于1350cm-1左右的D峰，以及位于1620cm-1附近的D’峰。
图1 514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图[1] 当然对于sp2碳材料，除了典型的拉曼G峰，D峰以及G’峰，还有一些其它的二阶拉曼散射峰，大量的研究表明石墨烯含有一些二阶的和频与倍频拉曼峰，这些拉曼信号由于其强度较弱而常常被忽略。如果对这些弱信号的拉曼光谱进行分析，也可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。 石墨烯拉曼光谱与层数的关系 多层和单层石墨烯的电子色散不同，导致了拉曼光谱的明显差异。图2 [1,2]为532nm激光激发下，SiO2（300nm）/Si基底上1~4层石墨烯的典型拉曼光谱图，由图可以看出，单层石墨烯的G’峰尖锐而对称，并具有完美的单洛伦兹（Lorentzien）峰型。此外，单层石墨烯的G’峰强度大于G峰，且随着层数的增加，G’峰的半峰宽（FWHM：full width at half maximum）逐渐增大且向高波数位移（蓝移）。双层石墨烯的G’峰可以劈裂成四个洛伦兹峰，其中半峰宽约为24cm-1。这是由于双层石墨烯的电子能带结构发生分裂，导带和价带均由两支抛物线组成，因此存在着四种可能的双共振散射过程（即G’峰可以拟合成四个洛伦兹峰）。同样地，三层石墨烯的G’峰可以用六个洛伦兹峰来拟合。此外，不同层数的石墨烯的拉曼光谱除了G’峰的不同，G峰的强度也会随着层数的增加而近似线性增加（10层以内，如图3[3]所示），这是由于在多层石墨烯中会有更多的碳原子被检测到。综上所述，1~4层石墨烯的G峰强度有所不同，且G’峰也有其各自的特征峰型以及不同的分峰方法，因此，G峰强度和G’峰