激光Raman光谱法
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
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。
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。
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。
01激光拉曼光谱法
(3) 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 (4) 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。
酮羰基的伸缩振动在红外光谱中位于1710cm-1附近， 而拉曼光谱中总在（1710土3）cm-1。
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②拉曼活性振动 诱导偶极矩 = E
非极性基团，对称分子。 拉曼活性振动-伴随有极化率变化的振动。
对称分子： 对称振动→拉曼活06性:0。8:5不5 对称振动→红外活性
(二) Raman光谱
CCl4的Ramam光谱图
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1. Raman光谱特点
(1) 拉曼光谱记录的是stoke 线。 (2) 测量相对单色激发光频率的位移。
(1) 对不同物质： 不同。
(2) 对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子振-
转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；分子振-转
光谱；与红外光谱互补。
(3) Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶极
矩，即
= E
分子极化率，分子电子云分布改变的难易程度。
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4）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱 带。形成环状骨架的键同时振动。
5）在拉曼光谱中， X＝Y＝Z，C＝N＝C，O＝C＝O 这类键的对称伸缩振动是强谱带，反之，非对称伸 缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。
6）C—C伸缩振动谱带在拉曼光谱中强，红外光谱中弱。
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3.实验结束，首先取出样品，关断电源。 4.注意激光器电源开、关机的顺序正好相反。
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四、 激光拉曼光谱法的应用
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4.7.2 激光拉曼光谱仪（结构流程）
一、结构流程
激光光源、试样池、单色器、检测器。
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二、主要部件
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8 nm 。
Ar激光器， 波长514.5 nm，488.0 nm；
散射强度1/4 。
单色器： 光栅，多单色器。
检测器： 光电倍增管， 光子计数器。
-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；分子振 -转光谱；与红外光谱互补。
(3) Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶
极矩，即 = E
分子极化率，分子电子云分布改变的难易程度。
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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。
对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外 活性振动，又是拉曼活性振动。
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四. 退偏比
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退偏比
在入射激光的垂直与平行方向置偏振器，
分别测得散射光强，则退偏比ρ
I I ||
对称分子ρ= 0 非对称分子ρ介于0到3/4之间 ρ值越小，分子对称性越高
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。
（1928年印度物理学家Raman 发现，1930年获诺贝尔奖，
1960年快速发展）。
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2. 红外与拉曼谱图对比
。
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红外与拉曼谱图对比
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海洛因
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罂粟碱
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奶粉
洗衣粉
三、 拉曼光谱选律
1 S C S
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
4
红外活性
红外光谱—源于偶极矩变化 拉曼光谱—源于极化率变化
6）C—C伸缩振动谱带在拉曼光谱中强，红外光谱中 弱。
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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。
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三、共振拉曼效应
当激发光的频率接近或等于试样的电子吸收谱 带的频率时，发生共振拉曼效应。
(1) 拉曼光谱记录的是stoke 线。
(2) 测量相对单色激发光频率的位移。
把入射光频率位置作为零，频率位移(拉曼位移)的数 值正好对应于分子振动或转动能级跃迁的频率。
(3) 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 (4) 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。
酮羰基的伸缩振动在红外光谱中位于1710cm-1附近， 而拉曼光谱中总在（1710土3）cm-1。
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三、傅里叶变换-拉曼光谱仪
光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064 m）。 检测器：高灵敏度的铟镓砷探头。
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傅里叶变换-拉曼光谱仪特点
特点： （1）避免了荧光干扰； （2）精度高； （3）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。
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4.7.3 激光拉曼光谱法的应用
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4.7.1 方法原理
Anti-Stocks线
Stocks线
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电 2动 子 1能 基 0级 态
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e e
Rayleigh 散射
Raman 散射
2. Raman位移
(1) 对不同物质： 不同。 (2) 对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子振
eE
r e
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 诱导偶极矩 = E
非极性基团，对称分子。 拉曼活性振动-伴随有极化率变化的振动。
对称分子： 对称振动→拉曼活性。不对称振动→红外活性
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二、 Raman光谱
CCl4的Ramam光谱图
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1. Raman光谱特点
一、拉曼光谱与红外光谱的比较
拉曼光谱
红外光谱
光谱范围40～4000 cm-1
光谱范围400～4000 cm-1
水可作为溶剂
试样可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
固体试样可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBr 压片
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拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
(1) 一般说来极性基团的振动和分子非对称振动使分 子的偶极矩变化，所以是红外活性的。 (2) 非极性基团的振动和分子的全对称振动使分子极 化率变化，所以是拉曼活性的。 (3)拉曼光谱最适用于研究同种原子的非极性健如 S－S，N＝N，C＝C，C≡C等的振动。
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。
3）强极性基团，如极性基团C＝O，在红外中是强谱 带，而在Raman中是弱谱带。
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4）环状化合物的对称振动常常是最强的拉曼谱带。 形成环状骨架的键同时振动。
5）在拉曼光谱中， X＝Y＝Z，C＝N＝C，O＝C＝O 这类键的对称伸缩振动是强谱带，反之，非对称伸 缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。
当激发光的频率接近电子吸收谱带的频率时， 称为准共振拉曼效应。
当激发光的频率等于电子吸收谱带的频率时， 称为严格的共振拉曼效应。
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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。
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(4)红外光谱适用于研究不同种原子的极性键如 C＝O，C—H，N—H，O－H等的振动。 (5)二种光谱方法互相补充，对分子结构的鉴定红外 和拉曼是两种相互补充而不能代替的光谱方法。
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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。
第四章 红外光谱法和激光拉曼光谱法
4.7 激光拉曼光谱法
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λ
λ
4.7.1 方法原理 拉 曼 增减散 大小射 变
λ
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样 透过光λ不变
品
瑞
池
利
散
射
λ
不 变
4.7.1 拉曼光谱原理
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。
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4.7.1 拉曼光谱原理 一、 Raman散射与Raman位移
1. Raman散射
Raman散射的两种跃迁能 量差：
E=hБайду номын сангаас0 - )
产生stokes线；强；基态分 子多。
E=h(0 + )
产生反stokes线；弱。 Raman位移： Raman 散 射 光 与 入 射 光 频 率差。