激光拉曼光谱法
22激光拉曼光谱分析
22激光拉曼光谱分析激光拉曼光谱分析的基本概念激光拉曼光谱分析是利用物质对入射光产生的拉曼散射来研究分子的振动，从而对物质（分子）进行定性、定量和结构分析的一种分析方法。
光的散射：丁铎尔散射:是指光通过含有许多大质点(其颗粒大小的数量级等于光的波长)的介质时产生的散射。
乳状液、悬浮液、胶体溶液等引起的散射属于此类。
分子散射:又可分为瑞利散射和拉曼散射。
它们都是由比光的波长小得多的分子或分子聚集体与光作用而产生的。
瑞利散射当光子与物质中的分子发生完全弹性碰撞时，光子与分子之间没有能量交换，则光子的能量保持不变，散射光的频率与入射光的频率相同，只是光子的运动方向发生改变。
这种散射是完全弹性散射，文献上通常称之为瑞利散射。
拉曼散射当光子与物质中的分子发生非完全弹性碰撞时，光子与分子之间将发生能量交换，光子把一部分能量传给分子，或者从分子那里得到一部分能量，光子的能量就会减少或增加。
这样，光子不仅改变了运动方向，其频率也与入射光的频率不同。
这种由非完全弹性碰撞产生的非完全弹性散射，称为拉曼散射。
拉曼散射光与瑞利散射光的频率差称为拉曼位移。
本节主要内容一.激法拉曼光谱法的特点二.激光拉曼光谱法的基本原理三.激光拉曼光谱仪的结构四.激光拉曼光谱图的一般特征五.激光拉曼光谱法的优缺点及其用途一．激光拉曼光谱法的特点1.样品可以是固体、液体或气体。
2.以单色激光为光源。
因激光的单色性、相干性好，强度大，可以聚焦成很细的光束，可以获得较强的拉曼散射，可对块状样品的某个微区进行分析。
3.检测信号是拉曼散射光，根据拉曼散射线的频率求得拉曼位移。
4.可获得非红外活性分子振动的信息。
5.实际测定的光是便于测定的可见光。
二．激光拉曼光谱分析的基本原理（一）拉曼位移与分子振动频率的关系拉曼散射光与瑞利散射光（或入射光）的频率之差υ称为拉曼位移：υ=│υ0-υl│式中，υ0为入射光的频率，υl为拉曼散射光的频率。
拉曼位移＝分子振动频率υ=υm拉曼散射和瑞利散射可以用分子散射能级图来说明。
激光拉曼光谱
激光拉曼光谱激光拉曼光谱(Laser-RamanSpectroscopy，简称LRS)是一种利用激光来分析物质结构的一种光谱技术，它利用一个发射激光光束，并用它强烈聚焦在分析物的表面上，使之发射出一个与激光光束频率不同的被称为拉曼散射的光束，从而得到拉曼光谱，从而分析和判断物质的分子结构、晶体结构等。
激光拉曼光谱技术由Laser Raman Spectroscopy隐含在其中，是一种把激光光束投影到物体表面，并对物体表面反射出的光线进行分析、测定其频率特征来达到分析物体结构的一种技术。
激光拉曼光谱有着广泛的研究应用，它既可以用于分析固体，也可以用于分析液体，还可以用于分析气体，用于研究物体的结构，用于研究物体的性能以及用于研究物体的分子组成或结构的研究。
激光拉曼光谱的基本原理是利用激光对物体表面发射的光线进行发射分析，因此拉曼光谱仪是一种采用双光路，一个使用激光发射光束，另一个使用拉曼散射分析激光发射光束反射回来的信号，从而分析该物体的光谱特性的仪器。
通过概率分析拉曼散射信号，可以推断出分子或晶体结构特性，从而获得其结构信息，进而研究物体的性能。
例如，在材料科学领域，可以通过激光拉曼光谱技术分析出晶体的结构信息，从而了解晶体的性质和物理特性，并获得晶体的分子结构参数，进而研究其特性。
激光拉曼光谱技术具有品质检测简便、快速、稳定、可靠、耗能低等优点，已经广泛应用在航天、航空、军事、制造业、生物、化学、电子等诸多领域。
此外，激光拉曼光谱技术的应用涉及的领域还不断扩大，例如，在汽车制造业和医疗领域，激光拉曼光谱技术应用也越来越广泛。
激光拉曼光谱技术具有很高的研究和应用价值，它是一种测定物体结构的有效方法。
但是，激光拉曼光谱技术仍然有一定的局限性，因为其分析效率低，容易受到环境噪声的干扰，还可能因为激光发射时的频率不够均匀而影响分析结果。
激光拉曼光谱技术是一种重要的光谱技术，正得到越来越多的研究与应用，也应得到相应的重视。
4.5 激光拉曼光谱法
4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱图
Raman spectrum of CCl4
4.5 激光拉曼光谱法
红外光谱和拉曼光谱
红外
1. 吸收红外光谱 2. 分子偶极距的变化 3. 非对称振动模式有高灵敏度
拉曼
1. 光的非弹性散射 2. 极化率的变化 3. 对称振动模式有高灵敏度
4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱与红外光谱的关系
互斥法则 互允法则 互阻法则
O=C=O 对称伸缩
O=C=O 反对称伸缩
偶极距不变无红外活性 偶极距变有红外活性
极化率变有拉曼活性 极化率不变无拉曼活性
4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱技术的优越性
对样品无接触，无损伤
B
提供高质量的分 子结构信息
无需制备
可以选择激发 光的波长
优
点
用量少
维护成本低，使用简单
• 肿瘤检测 • 文物考古分析 • 公安与法学样品无损分析 • 鉴定参与界面过程的分子物种，研究界面
物种的取向，确定表面膜组成和厚度
4.5 激光拉曼光谱法
➢表面增强拉曼光谱（SERS）
表面增强拉曼散射效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶 胶中，吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。
➢ 傅立叶变换拉曼光谱仪与普通激光拉曼光谱仪比较 • 傅立叶变换拉曼光谱优势在于可以避免荧光干扰, 提高了散射光信号的信
噪比，拓宽了拉曼光谱的应用范围。 ➢ 傅里叶变换拉曼光谱主要应用于高分子材料、生物材料研究等方面。
4.5 激光拉曼光谱法
➢ 傅立叶变换拉曼光谱仪与普通激光拉曼光谱仪比较 • 以近红外激光代替可见激光做光源。 • 由迈克尔逊干涉仪傅里叶变换系统代替分光扫描系统对散射光进
激光拉曼光谱分析法
激光拉曼光谱分析法首先，让我们来了解激光拉曼光谱分析的原理。
拉曼光谱是指物质分子与光子相互作用后发生的能量改变所产生的光的散射现象。
当激光照射到样品表面时，部分被散射，其中一部分发生拉曼散射，即光子在与物质分子相互作用后发生频率改变的过程。
拉曼散射光中含有与样品中分子振动、转动和其他模式有关的信息，通过分析拉曼散射光的频率和强度，可以确定样品的化学成分、结构和状态。
为了实现激光拉曼光谱的测量，需要一套专门的仪器设备。
最基本的设备包括激光器、样品架、光谱仪等。
激光器用于产生高能量、单色的激光束，通常使用激光二极管或激光器作为光源。
样品架用于将待测样品放置在激光束中，确保样品与激光充分接触。
光谱仪用于收集并分析拉曼散射光的频率和强度，通常使用光栅或干涉仪作为光谱分析装置。
激光拉曼光谱的测量过程主要包括样品的准备、实验参数的设置、光谱测量和数据分析等步骤。
首先，需要将待测样品制备成适当的形式，如固体样品可以通过压片或微晶片技术制备，液体样品可以直接放置在样品架上。
然后，根据样品的性质和分析要求，设置合适的激光器功率、波长和探测器增益等参数。
接下来，将样品架放置在激光束中，通过调整样品位置和激光聚焦来最大化拉曼散射光的强度。
然后，使用光谱仪收集拉曼散射光的光谱数据，并通过傅里叶变换等数学方法将时间域数据转换为频域数据。
最后，根据光谱图像和峰位、峰形等特征，可以确定样品的化学成分、结构和状态。
激光拉曼光谱分析法在不同领域具有广泛的应用。
在材料科学领域，可以利用激光拉曼光谱分析法研究材料的结构和相变过程，例如确定纳米材料的尺寸和形态、表征薄膜的物理性质等。
在生物医学领域，可以使用激光拉曼光谱分析法研究生物分子的结构和功能，如检测肿瘤标记物、鉴定细菌和病毒等。
在环境监测领域，可以利用激光拉曼光谱分析法迅速检测土壤、水体、空气中的污染物，例如检测水中重金属离子、鉴别有机污染物等。
综上所述，激光拉曼光谱分析法是一种高分辨率、非破坏性的分析技术，广泛应用于材料科学、生物医学、环境监测等领域。
激光拉曼光谱
激光拉曼光谱激光拉曼光谱技术是一种基于激光和拉曼散射原理的光谱分析技术，它通过测量拉曼光谱，研究物质的化学结构、成分信息、物性参数等，以及拉曼光谱和分子结构的关系，为物理、化学和材料科学领域提供了广泛的研究和应用机会。
激光拉曼光谱的研究方法包括电子及共振光谱技术，它可以用来探测物质的结构和性质，也可以识别和分析物质的成分。
激光拉曼光谱的技术依赖的理论基础可以分为普通的拉曼原理、共振拉曼原理和复合拉曼原理。
拉曼原理是由拉曼散射测量分析物质中元素振动或颗粒所产生的拉曼散射现象，这种现象所产生的拉曼光谱容易识别物质的成分和结构。
共振拉曼散射是由物质的外电子云或共价键的频率相关的电磁场的组合而观测到的，它可以获得元素在物质中的分子结构，从而获得物质的化学结构信息。
复合拉曼散射是指拉曼散射和共振拉曼散射结合在一起使用，可以获得更多的信息。
激光拉曼光谱技术是一种灵敏、高分辨率的分析技术，可以应用于多种物质，如生物、材料、环境等，它可以用来检测机理、探索结构、计算反应率,在广泛应用于物理化学研究和机械工程制造领域。
激光拉曼光谱技术的优点可归纳为：（1）精确可靠，它可以测量到物质结构的非常小的变化，而不会受到其他因素的影响；（2）灵敏度高，可以探测到痕量物质；（3）可以获得高分辨率的全光谱信息；（4）可以检测物质的多种特性；（5）对物质的测量不受环境的影响；（6）快速测量，可以快速分析多种物质。
激光拉曼光谱技术的应用十分广泛，它可以应用于工业领域的控制及检测，如分析精细化学品；也可以应用于表面分析，如金属和多层膜结构的探索；可以应用于生命科学领域，如生物分子和生物大分子的结构和物性参数的检测；还可以应用于环境领域，如分析气体、水体中的痕量化学物；还可以应用于材料工程领域，如分析材料的结构和组成，以及晶体内部的分析等。
总之，激光拉曼光谱技术在物理、化学、材料工程、环境等多个领域中都有着广泛的应用，它拥有良好的准确性、灵敏性以及全光谱信息分析能力，而且操作简单便捷，是一种重要的分析技术。
激光拉曼光谱的基本原理和应用
激光拉曼光谱的基本原理和应用概述激光拉曼光谱是一种分析化学技术，通过激光与物质相互作用产生拉曼散射，来研究物质的结构、组成和分子间相互作用。
它具有非破坏性、无需样品准备和实时性等优点，逐渐成为了化学、材料科学、生物科学等领域的重要工具。
基本原理1.激光激发：使用单色激光激发样品，激光光源通常采用连续激光或脉冲激光。
2.拉曼散射：激光与物质相互作用时，部分光子会发生能量改变，产生拉曼散射。
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类型。
3.能量转移：拉曼散射中发生的能量转移可以反映样品的各种信息，包括化学成分、结构、晶格振动、分子动力学等。
4.光谱测量：将拉曼散射的频率和强度进行测量，得到拉曼光谱。
拉曼光谱可以通过光谱解析获得样品的详细信息。
应用领域1. 分析化学•定性分析：通过比对拉曼光谱数据库，可以鉴定物质的组成和结构，例如鉴别药品中的成分、研究有机化合物的结构等。
•定量分析：利用拉曼光谱与物质的浓度之间的关系，可以进行定量分析，例如测定食品中的添加剂含量、检测环境中的污染物等。
•微生物检测：拉曼光谱可以用于微生物的快速检测与鉴别，例如检测食品中的细菌、水质中的藻类等。
2. 材料科学•表征材料：激光拉曼光谱可以用于表征各种材料，包括无机材料、有机材料和生物材料等，例如研究催化剂的表面性质、分析聚合物的分子结构等。
•动态研究：拉曼光谱可以实时监测样品的变化过程，例如观察材料的相变、溶液的反应动力学等。
•薄膜制备：通过拉曼光谱的组成分析，可以优化薄膜的制备过程，提高其性能。
3. 生物科学•细胞研究：利用激光拉曼光谱，可以对细胞的化学成分进行非破坏性分析，例如观察细胞的代谢活性、鉴别癌细胞等。
•药物研发：拉曼光谱可以用于药物的研发过程中，以评估其结构、稳定性和溶解度等。
•生物分子结构解析：通过拉曼光谱，可以研究生物分子的结构和相互作用，例如蛋白质的折叠状态、核酸的结构等。
研究进展•激光技术的进步：随着激光技术的不断发展，激光拉曼光谱的应用范围和灵敏度得到了显著提高。
激光拉曼光谱技术
第二节
相干反斯托克斯拉曼散射光谱
自发拉曼散射光的强度很弱，给测量带来了许多困难。 实验研究发现，随着激光功率的提高，由强激光电场诱导 的二次以上的高阶极化现象越来越显著。 产生了一些新的拉曼散射现象：受激拉曼散射、受激拉曼 增益散射与逆拉曼散射、相干斯托克斯拉曼散射与反斯托克斯 拉曼散射、拉曼诱导克尔效应等。 这些新的拉曼散射现象的共同特点是信号强度大，比自发 拉曼散射光的强度提高109量级。 用相干拉曼散射进行光谱测量，发现了一些用自发拉曼散 射无法发现的光谱信息。
六、拉曼散射的应用 1．分子结构的研究 拉曼光谱是一种测量分子振动的光谱技术，拉曼频移的 产生是基于分子振动。拉曼频移值与分子的振动能级相对应， 而不同的振动能级起源于不同方式的振动。化合物中的结构 基团都有其特征的振动频率，据此，可以直接鉴定化合物的 结构基团，判断化学健的性质及其变化。在许多化合物的拉 曼谱上有长的全对称振动泛频系列，可以利用来进行分子振 动的非谐性研究。 2. 定量分析中的应用 依据拉曼谱线的强度与入射光的强度和样品分子的浓度 的正比例关系，可以利用拉曼谱线来进行定量分析。
第七章
激光拉曼光谱技术
1928年 印度科学家拉曼(C. V. Raman)与克里希南(K. S. Krishnan)在液体与蒸汽中发现了拉曼散射现象。 当一束光入射到分子上时，除了产生与入射 光频率ω0相同的散射光以外，还有频率分量 为 ω0±ωM 的散射光， ωM 是与分子振动或转 动相关的频率，拉曼散射非常弱。 拉曼获得了1930年度的诺贝尔奖金
3)正常拉曼散射光的强度与激发光频率的四次方成正比，而 对表面增强拉曼散射这一关系并不成立，表现为宽频带的共 振关系；选择定则也放宽了．实验发现，某些只有红外活性 的介质，测量到了增强拉曼散射信号；
激光拉曼光谱法
二、 拉曼光谱的谱图特征
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：
1）同种原子非极性键S—S，C＝C，N＝N，C≡C, 强拉曼谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。
2）红外光谱中，由C≡N，C＝S，S—H伸缩振动的谱 带较弱或强度可变，而拉曼光谱中则是强谱带。
6）C—C伸缩振动谱带在拉曼光谱中强，红外光谱中 弱。
7）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的。 I. C—O键与C—C键的力常数或键的强度没有很大差 别。 II. 羟基和甲基的质量仅相差2单位。 III.与C—H和N—H谱带比较，O—H拉曼谱带较弱。
红外与拉曼谱图对比
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定。
测量共振拉曼效应时的注意点：
1.多谱线输出的激光器（或可调谐的激光器）。 2.试样的浓度必须很低
避免产生热分解作用，通常在10-8 mol·L-1左右。 共振拉曼散射的强度较普通拉曼谱带的强度增加104～ 106倍，需要的试样浓度很低，故在研究具有发色基团的 样品和低浓度的生物样品有很大应用。
内容选择
10.5.1 激光拉曼光谱法概述
Rayleigh散射： 弹性碰撞：
激发虚态 E1 + h0
h(0 - )
无能量交换，仅
改变方向。
h0
Raman散射：
E0 + h0 h0 h0
h0 +
非弹性碰撞： E1
υ=1
方向改变且有能 量交换。
E0
υ=0
Rayleigh散射
h
Raman散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。