激光共聚焦拉曼光谱仪(raman)的工作原理及应用优势
拉曼光谱的原理、应用以及发展
拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。
这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。
这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。
（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应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（二）拉曼散射光谱的特征：a.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；b. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。
c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。
（三）拉曼光谱技术的优越性提供快速、简单、可重复且更重要的是无损伤的定性定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。
此外，由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。
拉曼光谱原理及应用简介
拉曼光谱原理及应用简介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。
应用激光光源的拉曼光谱法。
应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性，与表面增强拉曼效应相结合，便产生了表面增强拉曼光谱。
其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍，加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制，使分析的信噪比大大提高。
已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。
共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。
共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时，这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍，有利于低浓度和微量样品的检测。
已用于无机、有机、生物大分子、离子乃至活体组成的测定和研究。
激光拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱相配合，已成为分子结构研究的主要手段。
1. 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，不光改变了传播方向，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。
拉曼光谱原理和应用
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拉曼光谱的信息
拉曼频率 的确认
parallel perpendicular
拉曼偏振
拉曼峰宽
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拉曼峰强度
物质的组成 晶体对称性和取向
晶体质量好坏 物质总量
拉曼光谱的优点和特点
对样品无接触，无损伤； 样品无需制备； 快速分析，鉴别各种材料的特性与结构； 能适合黑色和含水样品； 高、低温及高压条件下测量； 光谱成像快速、简便，分辨率高； 仪器稳固，体积适中， 维护成本低，使用简单。
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拉曼光谱的主要困难
• 拉曼散射信号弱（比荧光光谱平均小2－3数量级）。
• 激光激发强。
• 拉曼信号频率离激光频率很近。
• 激光瑞利散射比拉曼信号强1010－1014，对拉曼信号干扰很 大。
• 拉曼光谱仪器的设计，必须能排除瑞利散射光，并具有高灵 敏度（体现在弱信号检测的高信噪比 ），才能有效地收集拉 曼谱。
• 最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。（中红外区）
• 分子能级与分子光谱
分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似看成是这些运动的 能量之和，即
式中 E t E e E v E r
E 总 ＝ E ｔ ＋ E e E v E r
分别代表分子的平动能、电子运动能、振动能和转动能。除E t 外，其余三项都是量子化的，
Virtual State 虚能级
Mid IR Stokes Raman 红外 斯托克斯拉曼
Rayleigh Anti-Stokes Raman 瑞利散射 反斯托克斯拉曼
Fluorescence 荧光
拉曼原理及特点和应用-RENISHAW
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1
E0 Rayleigh散射 V=0 Raman散射 h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态.
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• 1992年世界上首先发明新型显微共焦拉曼系统
最初的测头及 专利证书
David McMurtry爵士 董事长兼首席执行官
John Deer 副董事长
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遍及全球的子公司和办事处
子公司 美国 (1981) 爱尔兰 (1981) 日本 (1982) 德国 (1986) 法国 (1988) 意大利 (1989) 西班牙 (1991) 瑞士 (1991) 香港 (1993) 巴西 (1996) 韩国 (1999) 印度 (2000) 比利时 (2000) 澳大利亚 (2001) 荷兰 (2001) 斯洛维尼亚 (2001) 捷克 (2002) 波兰 (2002) 俄罗斯 (2002) 奥地利 (2002) 瑞典 (2003) 加拿大 (2003) 以色列 (2003)
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连续扫描专利技术 － 全光谱范围一次扫描，无接谱
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inVia 系统特色-新型共焦专利技术
新型共焦技术
-高通光效率，操作简便，性能稳定
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传统共焦技术 － 机械针孔
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最新的显微共焦系统专利技术
共聚焦显微拉曼光谱的应用和进展
为了验证这种结合方法的有效性，我们进行了一系列实验。实验结果表明，这 种方法可以成功鉴别出不同品牌、类型的黑色直液笔，准确率高达百分之九十 以上。与传统的墨迹鉴别方法相比，这种方法具有更高的可靠性和准确性。
本次演示的研究成果表明，显微共聚焦拉曼光谱结合群分析的方法在黑色直液 笔墨迹鉴别中具有很高的应用价值。这种新方法可以提供更全面、准确的信息， 有助于提高墨迹鉴别的准确性和可靠性。未来，这种方法有望应用于其他领域， 如纤维鉴别、油画颜料分析等。随着科学技术的发展，这种方法还有望得到进 一步的改进和完善。
3、数据分析智能化：随着大数据时代的到来，共聚焦显微拉曼光谱所获得的 数据量将越来越大。因此，开发智能化的数据分析方法将成为未来的一个重要 研究方向，以便更有效地提取数据中的有用信息。
4、联合其他技术：共聚焦显微拉曼光谱将有望与其他技术如荧光光谱、红外 光谱等联合应用，从而形成一套完整、系统的分析方法，为科学研究提供更为 全面的实验数据。
因此，我们呼吁广大科研工作者和相关领域的专家学者激光扫描共聚焦显微成 像技术的发展和应用，共同推动相关领域的发展。
谢谢观看
参考内容
黑色直液笔墨迹鉴别研究：显微共聚焦拉曼光谱与群分析的结合
本次演示旨在探讨显微共聚焦拉曼光谱结合群分析在黑色直液笔墨迹鉴别中的 应用。首先，我们将简要概述拉曼光谱学的基本原理和群分析方法的概念。接 着，阐述这种结合方法在黑色直液笔墨迹鉴别中的意义和研究进展。
拉曼光谱学是一种常用于化学、材料科学和生物学研究的光谱技术。它的原理 是基于拉曼散射的物理现象，即当光在物质中传播时，会与物质的分子或原子 相互作用，引发散射。拉曼散射的频率发生变化，这些变化与物质的分子结构 有关，因此可以通过测量散射光的光谱分布来推测物质的组成和结构。
拉曼光谱
Raman 散射的产生：光电场 E 中，分子产生诱导
偶极距
= E
（ 分子极化率）
3.红外活性和拉曼活性振动
①红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子； 红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带. ②拉曼活性振动
强度由分子偶极距决定 －OH, －C＝O，－C－X 异：拉曼 分子对激光的散射 拉曼： 适用于研究同原子的非极性键振动
强度由分子极化率决定 －N － N－, －C－C－
互补
O=C=O
对称伸缩
偶极距不变无红外活性
O=C=O
反对称伸缩
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
二、拉曼光谱的应用
激光拉曼光谱
一、 拉曼光谱基本原理
二、拉曼光谱的应用 三、 激光拉曼光谱仪
概述 拉曼光谱得名于印度物理学家拉 曼(Raman)。1928年， 拉曼首先从 实验观察到单色的入射光投射到物质 中后产生的散射，通过对散射光进行 谱分析，首先发现散射光除了含有与 入射光相同频率的光外，还包含有与 入射光频率不同的光。以后人们将这 种散射光与入射光频率不同的现象称 为拉曼散射。拉曼因此获得诺贝尔奖。
●另一种是分子处于激发态振动能级，与光子碰撞后，分子跃迁回基态而
●两种情况，散射光子的频率发生变化了，减小或增加了，称为拉曼位移。
Stokes线与反Stokes线
●将负拉曼位移， 即ν0－ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。 ●将正拉曼位移， 即ν0＋ν1称为反Stokes线（反斯托克斯线）。 正负拉曼位移线的跃迁几率是相等 的，但由于反斯托克斯线起源于受激振 动能级，处于这种能级的粒子数很少， 因此反斯托克斯线的强度小，而斯托克 斯线强度较大，在拉曼光谱分析中主要 应用的谱线。
激光共聚焦拉曼光谱
激光共聚焦拉曼光谱激光共聚焦拉曼光谱（LCLS）是最新的拉曼光谱技术，能够进行三维化学成像，具有高灵敏度和非破坏性等优点。
在化学、生物、医疗及环境科学等领域具有广泛的应用。
LCLS技术的特点在于它能够将样品的一部分作为激光聚焦点，获得样品内部和表面化学成分的信息，同时得到每层的深度信息。
这些信息有助于研究物质的微结构和分子之间的作用。
与传统的拉曼光谱相比，LCLS具有更高的信噪比和更高的分辨率，使得LCLS成像技术可以用于复杂的样品分析。
LCLS的工作原理是采用注入样品的激光束在表面聚焦，激光所照射到的小区域是激光的焦点，激光聚焦区域内，分子振动将会不同于其它区域，这些振动频率的变化就是所谓的拉曼散射。
由于激光聚焦的能力，LCLS可以获取重要的样品化学成分信息，这种技术被称为三维化学成像。
LCLS的应用非常广泛，特别是在材料科学和生命科学领域，LCLS技术可以用于表面化学组成分析。
在生命科学领域，LCLS技术可以应用于单细胞成像，有效地提高了样品的分析效率。
在生物医学中，LCLS还可以用于研究癌症细胞的成长过程，解析细胞内部的复杂化学反应。
LCLS的优点在于速度快，可以在短时间内获取大量的化学信息。
同时还具有非破坏性，因此不会对样品造成损伤或污染。
近年来，LCLS技术已经开始得到广泛的应用，在化学和生命科学等领域展现出了强大的分析能力。
总之，LCLS是一种高分辨率的三维化学成像技术，它在化学、生物、医疗和环境科学等领域有着广泛的应用。
其优点包括高速度、非破坏性和高灵敏度，因此可以持续地进行大量的化学分析。
未来，随着LCLS技术不断完善，它将为科学家解开更多的谜团。
拉曼光谱仪能测什么
拉曼光谱仪能测什么拉曼光谱仪是一种用于分析物质分子结构的仪器，在化学、生物、医学等领域都有广泛应用。
那么，拉曼光谱仪究竟能测什么呢？本文将从原理、应用场景和测量对象三个方面对此进行讲解。
原理拉曼光谱是一种分子振动光谱，反映了分子的结构和振动状态。
它是由激光束通过样品后产生的散射光与激光束混合形成的，通过测量散射光的强度与频率可确定样品的分子结构。
拉曼光谱应用了拉曼散射的原理，即激光与分子相互作用后，有一部分光子被分子吸收，分子发生振动或转动式，吸收能量后重新发射出去的光子与入射光的波长相差一个拉曼位移，这种散射光就可以通过拉曼光谱仪进行检测。
由于拉曼散射过程中分子的结构改变较小，不会改变分子的化学性质，因此拉曼光谱比较适合用于生物、医学等领域的分析。
应用场景生物领域生物分子的结构与功能有很大的关系，拉曼光谱技术可以通过非破坏性的、无需掺杂的方式对生物分子进行分析，如蛋白质、核酸、碳水化合物、脂质等，还可以进行肿瘤组织的病理学研究、癌症诊断和治疗等。
化学领域化学界的应用最为广泛的领域莫过于分子结构的测定。
化学家们利用拉曼光谱测量各种化合物分子间的化学键信息等各种基本信息，构建一个化学反应的反应机理模型，进而对化学反应体系进行了解。
环境监测在环境监测中，拉曼光谱也能发挥出其独特的优势，通过测量有机物、无机物、空气中污染物等的光谱信息，可以得到相应的分子结构和分子间作用信息，对环境污染的成因和程度进行深入分析，具有非常重要的科学价值。
测量对象固体物质利用拉曼光谱技术可以对各种物质的结晶状态、微结构、纳米颗粒等物理和化学性质进行表征，如金属和合金、陶瓷、晶体、生物体血细胞等结构信息。
液体物质对于不透明的液体材料，使用常规的拉曼光谱面临着光散射后强烈受到主流的影响，难以得到比较准确的分析成果。
而相应地，使用光纤和显微拉曼探头则能够实现对这类样品的非破坏性成分组分分析。
气相物质对于气相样品的分析，可以采用激光拉曼光谱方法，对气相中的挥发性有机化合物进行打标记后进行快速检测，可以有效地对空气中污染物的来源和程度进行分析。
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激光共聚焦拉曼光谱仪(raman)的工作原理及应用优势
激光共聚焦拉曼光谱仪（Raman spectroscopy）利用拉曼散射现象来获得样品的信息。
其工作原理如下：
激光激发：激光光源照射在样品上，激发样品中的分子振动和转动。
拉曼散射：样品中的分子在受到激光激发后，会发生拉曼散射。
在这个过程中，一部分光子的能量被转移给样品分子，使得散射光子的能量发生改变，这种能量变化对应于样品分子的振动和转动能级差。
光谱测量：拉曼散射光子的能量变化被测量，生成拉曼光谱。
这个光谱提供了关于样品分子的结构、化学成分、晶体结构等信息。
激光共聚焦拉曼光谱仪的应用优势包括：
非破坏性分析：拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，可以直接对样品进行测试而无需破坏样品。
高灵敏度：拉曼光谱可以检测到样品中的微量成分，具有很高的灵敏度。
高空间分辨率：激光共聚焦技术结合在一起，可以提供高空间分辨率的拉曼光谱图像，对微区域样品的分析提供了可能。
无需或简化样品准备：拉曼光谱不需要复杂的样品准备过程，对样品的要求相对较低，可以节省时间和成本。
多领域应用：拉曼光谱在材料科学、药物研发、生命科学、环境监测等领域都有广泛应用，可以用于分析固体、液体、气体等不同类型的样品。
总的来说，激光共聚焦拉曼光谱仪因其非破坏性、高灵敏度、高空间分辨率等优势，在科学研究和工业领域具有重要的应用价值。