(完整)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）
式中? I｜和I—分别代表与激光电矢量相垂直和相平行的谱线的强度.
ρ〈3/4的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高的对称振动模式；ρ=3/4的谱带称为退偏振谱带,表示分子的对称振动模式较低。3．1．2激光拉曼光谱与红外光谱比较
拉曼效应产生于入射光子与分子振动能级的能量交换。在许多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频率。因此红外测量能够得到的信息同样也出现在拉曼光谱中,红外光谱解析中的定性三要素(即吸收频率、强度和峰形)对拉曼光谱解析也适用。但由于这两种光谱的分析机理不同，在提供信息上也是有差异的。一般来说,分子的对称性愈高，红外与拉曼光谱的
区别就愈大,非极性官能团的拉曼散射谱带较为强烈，极性官能团的红外
谱带较为强烈.例如,许多情况下C=C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外
谱带较为强烈，而C=O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显
著。对于链状聚合物来说，碳链上的取代基用红外光谱较易检测出来，
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便。
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明。图
3—2为线型聚乙烯的红外及拉曼光谱。聚乙烯分子中具有对称中心，红
外与拉曼光谱应当呈现完全不同的振动模式，事实上确实如此.在红外光
谱中，CH2振动为最显著的谱带。而拉曼光谱中，C—C振动有明显的吸
收。图3—3为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的红外及拉曼光谱。拉曼
光谱中呈现了明显的芳环的c—c伸缩振动模式，而红外光谱中最强谱带
为C—O及C—O振动模式。图3—4为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA）的红
外及拉曼光谱。在PMMA拉曼光谱的低频率区．出现了较为丰富的谱带
信号，而其IR光谱的同一区域中的谱带信息却很弱。此外，与PET光
谱类似，PMMA红外光谱的C==O及C—O振动模式有强烈的吸收，而
C-C振动模式在拉曼谱中较为明显。
与红外光谱相比,拉曼散射光谱具有下述优点：
(1）拉曼光谱是一个散射过程,因而任何尺寸、形状、透明度的样品,只要
能被激光照射到，就可直接用来测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦，因而极微量样品都可测量.
(2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接进行测量，这对生物大分子的研究非常有利。此外，玻璃的拉曼散射也较弱，因而玻璃可作为理想的窗口材料，例如液体或粉末固体样品可放于玻璃毛细管中测量。
（3）对于聚合物及其他分子,拉曼散射的选择定则的限制较小,因而可得到更为丰富的谱带。S—S，C—C,C=C，N= N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号较为强烈。
拉曼光谱研究高分子样品的最大缺点是荧光散射，多半与样品中的杂质有关，但采用傅里叶变换拉曼光谱仪，可以克服这一缺点.
3．2实验方法
3．2．1仪器组成
激光拉曼光谱仪的基本组成有激光光源，样品室，单色器，检测记录系统和计算机五大部分。拉曼光谱仪中最常用的是He—Ne 气体激光器.受激辐射时发生于Ne原子的两个能态之间，He原子的作用是使Ne原子处于最低激发态的粒子数与基态粒子数发生反转，这是粒子发生受激辐射，发出激光的基本条件.He—Ne激光器是激光拉曼光谱仪中较好的光源,比较稳定,其输出激光波长为6.328A，功率在100mW以下.Ar+激光器是拉曼光谱仪中另一个常用的光源。
3．2．2样品的放置方法
为了提高散射强度,样品的放置方式非常重要。气体的样品可采用内腔方式，即把样品放在激光器的共振腔内.液体和固体样品是放在激光器的外面,如图3-5所示。
在一般情况下，气体样品采用多路反射气槽.液体样品可用毛细管、多重反射槽。粉末样品可装在玻璃管内，也可压片测量。3．3拉曼光谱在聚合物结构研究中的应用
3．3．1拉曼光谱的选择定则与高分子构象
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者结合使用能够得到更丰富的信息。这种互补的特点，是由它们的选择定则决定的。
凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则".例如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼光谱没有一条谱带的谱率是一样的。
激光拉曼光谱法
激光拉曼光谱法 激光拉曼光谱法（LaserRamanSpectroscopy，LRS）是一项非常重要的光谱技术，它是利用比较强的激光光束来测定物质的结构和化学性质。技术的基本原理是利用激光照射被检测物质，使其中的原子能量升高，从而产生拉曼散射，通过测量散射光，可以获得有关物质结构和化学性质的信息。简而言之，激光拉曼光谱法是利用激光光束使物质发射出拉曼散射，从而获得物质的结构和化学属性的一种光谱技术。 激光拉曼光谱法的优点主要有四：首先，它是一种非破坏性的检测方法，可以测量微量样品；其次，它具有良好的空间分辨率，可以对多种材料进行非破坏性检测；再次，它具有较强的抗噪声能力，并且测量精度高；最后，它可以用来测量几乎所有物质，涵盖了生物、化学和物理学等多个领域。 激光拉曼光谱法的应用非常广泛，它可以用来测量有机物、无机物、晶体以及液体的物理性质、结构和化学性质，同时可以用于对分子的排序和重组、纳米结构的测量以及蛋白质的结构分析，等等。例如，激光拉曼光谱法可以用来分析有机材料、无机材料以及半导体材料，也可以用来测量液体、固体、粉体等材料的某些特性。 激光拉曼光谱法的精度取决于多种因素，主要有激光束能量、激光束精度、样品大小、样品分布和测量环境等。因此，在实际使用时，必须按照规定的标准来选择合适的激光束、样品大小以及测量环境，以确保能够获得准确的测量结果。除此之外，在使用激光拉曼光谱法
测量样品时，为了避免环境温度和湿度等外界因素的影响，最好在封闭空间中进行测量。 总之，激光拉曼光谱法是一种非常实用的光谱技术，它可以用来检测有机物、无机物、晶体以及液体的物理性质、结构和化学性质，为分析物质的组成和结构提供了一种简洁、准确的方法。当然，要想获得准确的测量结果，就必须根据测量样品的特性，选择合适的激光束、样品大小以及测量环境，严格按照规定的标准来进行测量。
激光拉曼光谱的原理和应用
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、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的依据。 高聚物拉曼光谱可以提供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。拉曼光谱在蛋白质二级结构的研究、DＮA和致癌物分子间的作用、视紫红质在光循环中的结构变化、动脉硬化操作中的钙化沉积和红细胞膜的等研究中的应用均有文献报道。利用FＴ—Ramａｎ消除生物大分子荧光干扰等,有许多成功的示例。 表面和薄膜拉曼光谱在材料的研究方面，在相组成界面、晶界等课题中可以做很多我作. 最近，对于拉曼光谱在金刚石和类金刚石薄膜的研究工作中的应用,国内外学者的兴趣有增无减。拉曼光谱已成ＣVＤ（化学气相沉积法）制备薄膜的检测和鉴定手段。另外,ＬＢ膜的拉曼光谱研究、二氧化硅薄膜氮化的拉曼光谱研究都已见报道。 尽管拉曼散射很弱,拉曼光谱通常不够灵敏,但利用工振或表面增强拉曼技术就可以大大拉曼光谱的灵敏度。表面增强拉曼光谱学（SＥＲＳ)已成为拉曼光谱研究中活跃的一个领域.传统的光栅分光拉曼光谱仪,彩的是逐点扫描，单道记录的方法，十分浪费时间。而且激光拉曼光谱仪所用的激光很容易激发出荧光来，影响测定．为避免传统激光光谱仪的弊端近来研制出了两种新型的光谱仪：傅里叶变换近红外激光拉曼光谱仪和共焦激光光谱仪。傅里叶拉曼光谱仪由激光光源、试样室、迈克尔逊干淑仪、特殊滤光器、检测器组成。
拉曼光谱解析教程
拉曼光谱解析教程 拉曼光谱是一种非常有效的光谱分析技术，可用于分析分子和材料的结构、组成和状态。以下是拉曼光谱解析的教程： 1. 原理：拉曼效应是指分子或材料在受激光照射时，部分光子与分子或晶体格子内原子发生相互作用，导致光的散射现象。拉曼光谱通过测量样品散射光的频率差异，从而提供有关样品成分、结构和状态的信息。 2. 实验设备：进行拉曼光谱分析需要一台拉曼光谱仪，通常包括一个激光器、一个样品台、一个光学系统和一个光学探测器。激光器会产生单色的激光光束，样品台用于支撑和定位待测样品，光学系统用于收集和分析散射光，光学探测器将光信号转换成电信号。 3. 样品准备：将待测样品放置在样品台上，确保样品表面光洁，没有表面污染或杂质。拉曼光谱可以对几乎所有类型的样品进行分析，包括液体、固体和气体。 4. 数据采集：使用拉曼光谱仪进行光谱采集，通过调整激光功率、扫描范围和积分时间等参数进行实验优化。通常会采集多个波数点的拉曼光谱数据，越多的数据点可以提供更多信息，但也需要更长的采集时间。 5. 数据分析：通过对采集到的拉曼光谱数据进行分析，可以获得样品的结构、组成和状态信息。常见的数据处理方法包括光谱峰拟合、数据平滑和峰位校准等。
6. 数据解释：根据拉曼光谱的特征峰位和峰形，结合已知的拉曼光谱库，可以对样品进行定性和定量分析。可以通过比较待测样品和标准品的拉曼光谱，或者使用化学计量学方法进行定量分析。 7. 应用领域：拉曼光谱广泛应用于材料科学、生物医学、环境监测和药物研发等领域。例如，可以用于分析化学反应中的中间产物和催化剂，检测食品和药品中的污染物，研究生物分子的结构和功能等。 希望以上的教程可以帮助您了解拉曼光谱解析的基本知识和步骤。开展拉曼光谱实验前，请确保已熟悉仪器的操作和数据处理方法，以获得可靠的结果。
仪器分析实验------拉曼光谱法
拉曼光谱法建立谷物指纹图谱 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 01 1 λλν-=∆ 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 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） 2. 粉碎机、载玻片、盖玻片、胶头滴管 显微镜 样品 狭缝 光栅 扩束器
3. 测试样品 常规物质：CCl4，CH2Cl2 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 设为in。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，检验仪器状态。 3．样品拉曼光谱的测定 将样品放置在载玻片上,盖上盖玻片，置于显微镜的载物台上，调节显微镜载物台的高度使得显微镜能够清晰地观察到样品表面（上2，下1）。选择Measurement->New->Spectral acquisition进行实验条件设置，再将白光照明光路切换到激光照明光路（上1，下2），即选择激光照射，选择Measurement->Run运行实验，等待实验运行，直到窗口中出现红色的光谱曲线，采集光谱结束，保存扫描结果。 4.分别测定CCl4、大米、自备物品的拉曼光谱图。 五．数据处理 用仪器自带软件WiRE2.0或Excel绘制拉曼光谱。纵坐标是散射强度，可用任何单位表示，横坐标是拉曼位移，通常用相对于瑞利线的位移表示其数值，单位为波数cm-1。 1．纯物质的拉曼光谱 （1）标定所用的单晶硅的Stokes线的拉曼光谱图：
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理 拉曼光谱原理 在当今日益发展和繁荣的科研领域中，拉曼光谱技术的发展具有重要意义。因此，了解拉曼光谱原理，理解其应用和使用方法，对于许多科研工作者来说都是十分必要的。 一、什么是拉曼光谱？ 拉曼光谱是一种分析分子结构和化学成分的技术方法。它是以物质吸收特定波长的激光为光源，通过物质自身的散射发射出拉曼散射光，用于确定样品结构和成分。具有非破坏性，不需要特殊的样品处理和制备过程，可以用于功率控制，简单易行的光谱分析手段。 二、拉曼散射原理 当激光照射到样品表面时，由于光子与分子发生相互作用，使得分子产生振动、转动和形变等运动。这些运动产生的微小能量变化引起了相关的光子能量变化，导致散射光谱的产生。产生的散射光由于与入射光不同的振动频率，称为拉曼光谱。 三、拉曼光谱特点 拉曼光谱具有如下特点：
1. 非破坏性：样品受到的光线能量较小，不会导致样品的氧化或过程 性变化。 2. 选择性：拉曼光谱极其灵敏且选择性高，可以快速、准确地测量样 品种类和参数，不会受到其它化学分子的影响。 3. 定量性：拉曼光谱具有较高的定量性能，能够以分子的振动光谱分 析结果中某些特定的峰为分析结果并定量。 4. 高分辨率：拉曼光谱仪的光谱分辨率高，可以有效地区分各种分子 之间的微小差异。 四、拉曼光谱应用 由于拉曼光谱具有非常优良的特性，因此其应用范围各不相同。以下 是拉曼光谱应用范围的几个具体案例： 1. 成份鉴定：通过拉曼光谱分析，可以迅速确定未知物质的数量和成分。 2. 非破坏性分析：由于激光产生的能量很小，可以对不同种类/部位的 物质进行分析，不必担心其损坏。 3. 化学反应动力学研究：拉曼光谱可用于研究化学反应及反应中间体。
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)
拉曼光谱及其应用
拉曼光谱及其应用 拉曼光谱是一种分析物质结构和化学组成的非侵入性技术，并广泛 应用于许多领域，包括材料科学、生命科学和环境科学。本文将介绍 拉曼光谱的原理、仪器和一些常见的应用。 一、拉曼光谱的原理 拉曼光谱是一种基于拉曼散射现象的光谱技术。当激光等能量较高 的光与物质相互作用时，光子会与物质中的分子相互作用，产生散射 现象。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射两种类型，它们 分别与物质的低频和高频振动模式相对应。 根据拉曼散射现象，我们可以获得物质的拉曼光谱。拉曼光谱是由 于分子振动引起的光散射频移所产生的谱线，可以提供关于物质结构、键合性质和化学组成的信息。每个物质都有独特的拉曼光谱，因此拉 曼光谱可以用于研究和识别不同的物质。 二、拉曼光谱的仪器 为了获取物质的拉曼光谱，我们需要使用拉曼光谱仪。一般的拉曼 光谱仪包括激光光源、样品台、光学系统和光谱仪。 首先，激光光源是产生高能量光束的关键组件。常见的激光光源包 括氩离子激光器、二极管激光器和红外激光器。不同的激光光源可以 提供不同的波长范围和功率输出，以适应不同样品的测量需求。
其次，样品台是用于支撑和定位样品的平台。样品台需要具备良好 的稳定性和精确度，以确保样品在测量期间的位置和姿态不变。 然后，光学系统包括镜头、滤光片和光纤等组件，用于操控和导引 激光光束。光学系统的设计和优化可以提高信号强度和降低背景噪音，从而提高拉曼信号的检测灵敏度。 最后，光谱仪用于测量和分析样品散射的光谱。它通常包括光栅、 光电二极管和数据采集系统等部分。光谱仪的性能决定了拉曼光谱的 分辨率和信噪比，因此选择合适的光谱仪非常重要。 三、拉曼光谱的应用 1. 材料科学领域 拉曼光谱在材料科学中具有广泛的应用。通过测量材料的拉曼光谱，我们可以了解材料的晶格结构、键合状态和纳米尺度的相变等信息。 拉曼光谱还可以用于研究材料缺陷、应力分布和化学反应等过程。因此，在材料设计、合成和评估中，拉曼光谱起到了重要的作用。 2. 生命科学领域 在生命科学中，拉曼光谱被广泛应用于细胞学、生物医药等领域。 通过测量生物样品的拉曼光谱，可以探测生物分子的含量和变化。拉 曼光谱还可以用于研究生物分子的结构、动力学和相互作用，为药物 发现和基因表达研究提供重要信息。 3. 环境科学领域
拉曼光谱的原理及应用
拉曼光谱的原理及应用 概述 拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，通过测量样品散射光中频移引起的强度变化，可以获取样品的结构和化学成分等信息。本文将介绍拉曼光谱的原理及其在各个领域的应用。 拉曼光谱的原理 拉曼光谱是基于拉曼散射现象的光谱技术。当光线与物质相互作用时，会发生散射现象。根据散射光所发生的频移，可以将散射光分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射。拉曼光谱主要研究的是反斯托克斯散射。 拉曼散射是指当入射光与样品作用时，样品中的分子发生振动或转动，导致散射光中的光子频率发生改变。这种频移与样品的结构和化学键的特性有关，因此可以通过测量频移的大小来确定物质的组成和结构。 拉曼光谱仪通过激光照射样品，收集散射光，并将其与激光光源进行比较。根据散射光的频移与入射光的频率差异，可以得到拉曼光谱图。 拉曼光谱的应用 材料科学 •样品的组成和结构鉴定：拉曼光谱可以通过测量材料的拉曼光谱来确定其组分和结构。这对于各种材料的研究非常重要，包括金属、陶瓷、高分子材料等。拉曼光谱可用于材料的质量控制和性能优化。 •材料表征和分析：拉曼光谱可以用于材料的表征和分析。例如，可以通过拉曼光谱来研究材料的晶体结构、相变过程、缺陷等。 生物医学 •药物研发：通过拉曼光谱可以对药物的结构进行鉴定和分析。这有助于药物的设计、合成和优化过程。 •生物分子的探测：拉曼光谱可以用于生物分子的探测，如蛋白质、核酸等。通过测量拉曼光谱，可以了解生物分子的构象、振动模式等信息。 环境监测 •污染物鉴定：拉曼光谱可以用于鉴定环境样品中的污染物。通过测量拉曼光谱，可以确定污染物的种类和浓度，有助于环境监测和治理。 •气体检测：拉曼光谱可以用于检测空气中的气体成分。这对于工业生产、环境保护等领域非常重要。
激光拉曼光谱分析法与红外光谱分析法
材料微观结构分析法 一、激光拉曼光谱分析法 1.拉曼光谱的基本原理 当用单色光照射透明样品是，大部分光透过而小部分会被样品在各个方向上散射。这些光的散射又分为瑞利散射和拉曼散射两种。 1.1瑞利散射和拉曼散射 若光子和样品分子发生弹性碰撞，即光子和分子之间没有能量交换，即光子的能量保持不变，散射光能量和入射光能量相同，但方向可以改变。这种光的弹性碰撞，叫做瑞利散射。 当光子和样品分子发生非弹性碰撞时，散射光能量和入射光能量大小不同，光的频率和方向都有所改变，这种光的散射成为拉曼散射。其散射光的强度约占总散射光强度的10-6～10-10。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。 1.2拉曼散射的产生 拉曼散射的产生可以从光子和样品分子作用时光子发生能级跃迁来解释。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。样品分子在吸收了光子后，被激发到较高的不稳定的能态（虚态）。当样品分子激发到虚态后又回到低能级的振动激发态，此时激发光能量大于散射光能量，散射光频率小于入射光。这时在瑞利散射线较低频率侧就会出现一根拉曼散射线，这条线称为Stokes 线。若光子与处于振动激发态（V 1）的分子相互作用，是分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动激态（V 0），散射光的能量大于激发光，在瑞利散射线高频率侧会出现一拉曼散射线，这条线称为Anti-stokes 线。 1.3拉曼位移 Stokes 与Anti-stokes 散射光的频率与激发光之间频率的差值ΔV 称为拉曼位移。一般斯托克斯散射光比反斯托克斯散射光强度大得多，故在拉曼光谱分析中通常测定斯托克斯散射光线。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的理论依据。 拉曼散射机制图示 虚态 激发态 基态 V 0+ΔV Anti-stokes 线 V 0 瑞利散射 V 0+ΔV Stokes 线
激光拉曼光谱法的原理和应用实例
激光拉曼光谱法的原理和应用实例 1. 原理 激光拉曼光谱法是通过激发样品中的分子振动使其发生光散射，进而通过分析 散射光子的能量变化来确定样品的组成和结构。其原理主要涉及以下几个方面： 1.1 拉曼散射 拉曼散射是光与分子相互作用产生的光散射现象。当光与样品分子相互作用时，部分光子的能量会发生改变，这种能量变化即为拉曼散射。拉曼散射分为斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射两种，其中斯托克斯拉曼散射的光子能量减小，反斯托克斯拉曼散射的光子能量增大。 1.2 激发光源 激光是产生拉曼散射的关键光源。激光具有单色性、高亮度和狭窄线宽等特点，能够提供足够的功率和光子密度。常用的激光光源包括氦氖激光器、固体激光器和半导体激光器等。 1.3 散射光子 激发样品后，样品发射出的散射光子包含了拉曼散射光子。这些散射光子的能 量在激发光子的基础上发生了变化，通过测量散射光子的能量变化可以推断出样品的振动模式和化学成分。 2. 应用实例 激光拉曼光谱法在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了几个典型的应用实例。 2.1 材料科学 激光拉曼光谱法在材料科学中被用于材料的组成和结构分析。通过测量散射光 子能量的变化，可以得到材料中不同化学键的振动信息，从而确定其组成和结构。这对于材料的研发和分析具有重要意义。 2.2 生物医学 激光拉曼光谱法在生物医学领域中被广泛应用于生物分子的定量和定性分析。 通过测量生物样品中的拉曼散射光子能量变化，可以获得样品中不同化学物质的信息，包括蛋白质、核酸和脂类等。这对于研究疾病的发生机制和诊断具有重要意义。
2.3 环境监测 激光拉曼光谱法在环境监测中可用于检测和分析土壤、水和大气等环境样品中的化学物质。通过测量散射光子的能量变化，可以确定样品中的有机物、无机物和污染物等成分，从而评估环境污染状况。 2.4 食品安全 激光拉曼光谱法在食品安全检测中起到重要作用。利用激光拉曼技术可以检测食品中的农药残留、添加剂和污染物等有害物质，确保食品的质量和安全。 结论 激光拉曼光谱法是一种非常有用的分析技术，在材料科学、生物医学、环境监测和食品安全等领域都有广泛的应用。它通过测量散射光子的能量变化，可以确定样品的组成和结构，为科学研究和工程应用提供了重要的支持。
拉曼光谱仪的工作原理
拉曼光谱仪的工作原理 拉曼光谱仪是一种常见的科学仪器，其利用拉曼散射现象对样品进行光谱分析。在此，我们将详细介绍拉曼光谱仪的工作原理，包括基本原理、组成部分以及应用范围。 一、基本原理 拉曼效应是一种光学现象，具体表现为当光线通过物质时，其能量的一部分被物质吸收，而其余部分则被散射。近年来，随着光学技术的不断进步，人们发现拉曼效应对于光谱分析是极为有用的。事实上，拉曼光谱法已经成为了一种非常重要的分析技术。 二、组成部分 1、激光器：激光器是拉曼光谱仪最核心的组成部分。其产生的激光功率越高，采集到的信号就会越强。 2、样品室：样品室是用于放置待测样品的区域。通常情况下，样品室内需要具备完善的环境控制条件，以确保测试结果的准确性。 3、显微镜：显微镜用于观察样品的细节，通常使用高倍率的物镜。 4、光谱仪：光谱仪主要用于对经过样品散射的光进行检测和分析，进而获得样品的光谱信息。
5、探测器：探测器是光谱仪中的关键组成部分，其通过接收光信号并转换成电信号的形式，以最终反映样品的特性。 三、应用范围 拉曼光谱法广泛应用于生物、化学、材料等领域。以下是一些具体的应用案例： 1、矿物质分析：使用拉曼光谱法可以对不同类型的矿物质进行快速分析，进而推测出矿物质的组成和类型。 2、药物分析：对于各种类型的药物，拉曼光谱法可以对其成分及纯度进行快速准确的测试。 3、生物质分析：将拉曼光谱法应用到生物体内分子水平的分析上，研究人员可以轻松了解到生物成分及结构上的变化，进而推断出生命活动的机制。 4、化学分析：通过拉曼光谱法，研究人员可以对各种类型的无机化合物和有机化合物进行分析和判断。 总之，拉曼光谱仪的工作原理是基于拉曼散射现象，将光学技术和光谱学技术相结合，具有广泛的应用范围。而且随着科学技术的不断更
拉曼光谱拉曼光谱分析
引言概述： 拉曼光谱是一种非侵入性的光谱分析技术，可以用来研究物质的化学成分、结构和分子间相互作用等信息。通过测量样品与激发光相互作用后反散射光的频移，可以得到样品的拉曼光谱图谱。拉曼光谱具有快速、灵敏和无需样品处理等优势，因此在化学、材料科学、生物医学和环境科学等领域被广泛应用。 正文内容： 一、理论基础 1. 拉曼散射原理：介绍拉曼光谱的基本原理，包括应力引起的拉曼散射和分子振动引起的拉曼散射。 2. 基本理论模型：介绍拉曼光谱的基本理论模型，包括简谐振动模型和谐振子模型等。 二、仪器设备 1. 激发光源：介绍常用的激发光源，如激光器和光纤激光器等，以及它们的特点和选择。 2. 光谱仪：介绍常用的拉曼光谱仪，包括激光外差光谱仪和光纤光谱仪等，以及它们的原理和优缺点。 3. 采样系统：介绍拉曼光谱的采样系统，包括反射式、透射式和光纤探头等，以及它们的适用范围和操作注意事项。
三、数据处理与分析 1. 光谱预处理：介绍光谱预处理的方法，包括光谱平滑、噪声抑制和基线校正等，以提高数据质量和减少干扰。 2. 谱图解析：介绍拉曼光谱谱图的解析方法，包括峰拟合、峰识别和谱图比较等，以确定样品的化学成分和结构信息。 3. 定量分析：介绍拉曼光谱的定量分析方法，包括多元线性回归和主成分分析等，以快速准确地测量样品的含量和浓度。 四、应用领域 1. 化学分析：介绍拉曼光谱在化学分析中的应用，包括有机物和无机物的定性和定量分析，以及催化剂和原位反应研究等。 2. 材料科学：介绍拉曼光谱在材料科学中的应用，包括纳米材料、多晶材料和聚合物等的表征和结构分析。 3. 生物医学：介绍拉曼光谱在生物医学中的应用，包括体液中代谢产物和蛋白质的检测，以及癌症和药物代谢研究等。 4. 环境科学：介绍拉曼光谱在环境科学中的应用，包括土壤和水体中有机物和无机物的检测，以及大气污染和环境污染物的监测等。 五、发展前景与挑战
激光拉曼光谱法
激光拉曼光谱法 近年来，新型材料在科学和技术领域发挥着越来越重要的作用，在许多领域得到广泛应用，如电子、医疗、航空、石油化工等等。更重要的是，新型材料的研究为了科学的进步和社会的发展提供了重要的帮助。为了更好地探索新型材料，人们开发了许多不同的技术，其中最受欢迎的技术之一就是激光拉曼光谱法。 激光拉曼光谱法是利用激光的近红外区的低能量激光束扫描材 料样品，材料样品中的元素会发出特定波长的拉曼光谱，人们可以通过对这些拉曼光谱的谱线高度和宽度比较发现，材料样品中的元素种类和含量。激光拉曼光谱法可以精确测定每种元素在样品中的含量，因此它在新型材料的研究中发挥了重要作用。 首先，激光拉曼光谱法可以提供快速准确的分析数据。由于激光拉曼光谱仪的灵敏度很高，它能够快速准确的识别元素，并准确的测定它们的含量，这样可以更快速的研究新型材料。 其次，激光拉曼光谱法可以更准确地分析样品中的元素种类和含量。比起传统的化学分析技术，激光拉曼光谱法不仅具有准确性更高，而且检测的范围更广。因此，激光拉曼光谱法可以更准确的测定新型材料中的元素种类和含量，从而精确地探索新型材料。 另外，激光拉曼光谱法也可以研究新型材料的结构和性质。由于激光拉曼光谱仪可以检测新型材料中的元素种类和含量，并且可以精确地了解元素之间的相互作用，从而更好地探索新型材料的结构和性质。
而且，激光拉曼光谱法还可以检测新型材料的变化。例如，可以通过比较新型材料的拉曼光谱的谱线高度和宽度来分析新型材料的变化情况，从而更好地研究新型材料。 总之，激光拉曼光谱法无疑是一种非常有用的分析技术，它可以更好地探索新型材料，揭示新型材料的价值，为科学的发展和社会的进步做出贡献。
激光拉曼光谱仪的工作原理 光谱仪工作原理
激光拉曼光谱仪的工作原理光谱仪工作原理 激光拉曼光谱仪是一个集合了激光光谱学、精密机械和微电子系统的综合测量体系。其*结束果是获得散射介质在确定方向上具有确定偏振态的散射光强随频率分布的谱图。激光拉曼光谱仪分析是一种非破坏性的微区分析手段，液体、粉末及各种固体样品均不需特别处理即可用于拉曼光谱的测定。 拉曼光谱可以单独，或与其他技术（如X衍射谱、红外吸取光谱、中子散射等）结合起来应用，便利地确定离子、分子种类和物质结构。 其应用紧要是对各种固态、液态、气态物质的分子构成、结构及相对含量等进行分析，实现对物质的辨别与定性。 激光拉曼光谱仪工作原理： 激光拉曼光谱仪确定波长的电磁波作用于被讨论物质的分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸取光谱。引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸取光谱，其波长位于紫外～可见光区，故称紫外－可见光谱。 电子能级跃迁的同时伴有振动能级和转动能级的跃迁。引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。 拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。 拉曼光谱法是讨论化合物分子受光照射后所产生的散射，散射光与入射光能级差和化合物振动频率、转动频率的关系的分析方法。 与红外光谱仿佛，拉曼光谱是一种振动光谱技术。所不同的是，前者与分子振动时偶极矩变化相关，而拉曼效应则是分子极化率更
改的结果，被测量的是非弹性的散射辐。 X射线荧光光谱仪的工作原理 X射线荧光分析技术作为一种快速分析手段，为我国的相关生产企业供应了一种可行的、低成本的、并且是适时的，检测、筛选和掌控有害元素含量的有效途径；相对于其他分析方法（例如：发射光谱、吸取光谱、分光光度计、色谱质谱等），XRF具有无需对样品进行特别的化学处理、快速、便利、测量成本低等明显优势，特别适合用于各类相关生产企业作为过程掌控和检测使用。 X射线荧光光谱仪具有重现性好，测量速度快，灵敏度高的特点。能分析F（9）～U（92）之间全部元素。样品可以是固体、粉末、熔融片，液体等，分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业样品。 X射线荧光光谱仪的工作原理：
拉曼光谱分析2篇
拉曼光谱分析2篇 拉曼光谱分析 引言： 拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，在化学、物理、生物等领域有着广泛的应用。通过测定分子库仑振动引起的光子的散射光谱，可以确定分子的组成、结构与纯度等信息。本文将介绍拉曼光谱分析原理、仪器和方法，并探究其在各领域的应用。 第一章拉曼散射与拉曼谱 1.1 拉曼散射 当一束激光穿过样品时，其中一部分光散射后形成散射光。拉曼散射是一种非弹性光学散射，它在散射光中维持了激发光的能量和波长，改变了散射光的方向和强度。 1.2 拉曼谱 拉曼谱是被称为荧光谱的光谱种类之一，使用光学显微镜（OM）或拉曼显微镜（RM）观察，能够毫秒级别分析纯度、结构和组成。拉曼谱的红移和蓝移来自于拉曼散射光的波长。 第二章拉曼光谱分析原理和仪器 2.1 原理基础 拉曼光谱图显示分子库仑振动引起的散射光，而本征或摩尔散射为二次近似和一次近似散射，相较于热散射的分子现象，更能准确反映分子特征与结构分析。 2.2 仪器种类 通常使用的拉曼光谱仪包括离线和在线两种类型。在离
线情况下，样品可以在先前从样品中提取分离，而在在线情况下可将拉曼光谱仪迅速连接到某些机器上，使设备更接近台面。 第三章拉曼光谱分析方法 3.1 标准样品库与数据库 标准样品库是基于数据库的分析，用于确定和确认样品 的组分。原则上，数据库应该包含样品的特征或实验条件。对于大多数标准样品库，品牌需提供相关开发配置，具体视品牌而定。 3.2 定量分析 如果使用吸收光谱进行定量分析，则使用定量公式进行 计算。在拉曼光谱方面，需要方法验证，包括质量控制。 第四章拉曼光谱在不同领域的应用 4.1 化学领域 化学领域中，拉曼光谱经常用于无机物质的分析（R萤荧素），聚合物的结构分析，贵金属的表征以及有机分子的数字化测量分析。 4.2 材料领域 材料领域中，拉曼光谱应用于无机物质（如纳米材料） 半导体材料以及有机物质的分析，并且在例如非晶体的热探头标定等方面表现出非常吸引人的表现。 4.3 生命科学领域 在生命科学领域，拉曼光谱主要应用于生物医学领域、 药物研究以及细胞研究。针对生物材料样品和查看关键标记快速和便捷的影像分析无疑是使用拉曼光谱的最好应用。 结论： 总体来说，拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，并且 在多个领域有着广泛的应用。通过测定散射光谱，可以确定分
激光拉曼实验讲解
实验名称：激光拉曼实验 一、实验目的 1、使学生了解拉曼光谱，掌握测试物质组分新技术； 2、采用对照标准谱和不同物质谱，熟悉波速测量，提高专业仪器操作调整技能和细微差 异辨析能力。 二、实验原理： 1光子的散射是个吸收和再发射的复合过程.散射物质会从入射光子吸收部分能量,或把自身的部分能量加到入射光子身上去,再发射的光子便与原光子不相干,且形成新的谱结构。 补充说明： 第一,在vR<10 cmˉ1的范围内,低分辨率的谱仪很难把瑞利线扣得足够低,需用高分辨率的法布里-珀罗干涉仪,又,引起在这区段散射谱的不是分子振动和转动,主要的是凝聚态内振动的声频支,这是1922年由布里渊提出的概念，因此这一谱段的散射被称为"布里渊散射",与拉曼散射不同。 第二,与简单的线性拉曼效应对应的还有各种非线性的拉曼效应,如共振拉曼散射、超拉曼散射、受激拉曼散射、相干反斯托拉克拉曼散射......所谓"非线性",即初始的动因导致次级动因以至多级连动因果效应。如共振拉曼效应:激发光频率本身即与受激发的物质的固有发射频率相合或相近,外激发引起内共振吸收,再发射有二级动因加强。又如超拉曼效应:既已受一个外光子激发了的分子再接受第二个同样光子的激发。 2 拉曼散射的量子解释 拉曼散射光强度随频率的分布构成的光谱称为拉曼光谱。由于拉曼散射光的强度很弱,有的只是入射光的10ˉ6-10ˉ7,因此要求用强度大且单色性好的光源,及高灵敏的探测器。激光可以产生一个窄的,单色的光，作为入射光源可以聚焦在很小的样品上。 拉曼散射的过程可以看作是光子和分子的非弹性散射,当光子射在分子上,和分子发生了相互作用.分子的量子态可能改变或保持不变.如果量子态没有变化,则散射光子与入射光子有相同的能量,就会出现在瑞利线中.如果量子态改变了,散射光子就可能有比入射光子大或小的能量.分子和光子的总能量是守恒的.力量子力学的观点可以把散射过程看作是,入射光子与散射物质分子的相互作用使处于基状态的分子跃迁到一个"虚"能态,然后退激发到某个激发态分子与入射光