拉曼光谱解读
拉曼光谱介绍资料讲解
拉曼光谱介绍资料讲解拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它能够提供有关物质的结构和化学成分的丰富信息。
在这篇文章中，我将对拉曼光谱的基本原理、仪器和应用进行介绍，并解释为什么它在科学研究和工业中如此重要。
首先，让我们来了解一下拉曼光谱的基本原理。
拉曼光谱是一种散射光谱，它通过测量物质散射光中的频率位移来揭示物质的结构和化学组成。
当一束单色激光照射到样品上时，其中一部分光子与样品中的分子发生相互作用。
在这个过程中，光子几乎立即被散射，并且其中一部分光子在散射过程中发生拉曼散射。
拉曼散射是由于分子的振动和旋转引起的，这些振动和旋转会改变散射光的频率。
拉曼光谱的仪器主要包括一个激光源、一个样品夹持器、一个光谱仪和一个探测器。
激光源通常是一束单色激光，比如氦氖激光或二极管激光。
样品夹持器用于将样品固定在适当的位置，并确保光线正好照射到样品上。
光谱仪用于收集拉曼散射的光子，并将其转换为拉曼光谱图。
探测器用于测量光子的强度，从而确定拉曼光谱的强度和频率。
拉曼光谱在许多领域中都有广泛的应用。
首先，它在化学领域中被用来确定物质的分子结构和化学成分。
拉曼光谱提供了有关化学键的信息，因此可以用于确定分子的结构。
此外，拉曼光谱还可以鉴定有机和无机化合物，并用于分析化学反应的动力学。
此外，拉曼光谱在生物医学领域也有许多应用。
它可以用于鉴定和诊断疾病，比如癌症和心脑血管疾病。
拉曼光谱还可以检测和监测生物分子和药物在细胞和组织中的分布。
这些信息对于了解疾病的发展和治疗策略的制定非常重要。
此外，拉曼光谱还在材料科学、地质学和环境科学等领域中得到广泛应用。
它可以用于表征材料的晶体结构和微观结构，并揭示材料中的欠饱和和晶格扭曲。
在地质学中，拉曼光谱可以用来研究岩石和矿物的组成和演化历史。
在环境科学中，拉曼光谱可以检测土壤和水体中的有机和无机物质，并评估环境质量。
总结来说，拉曼光谱是一种强大的光谱分析技术，它能够提供关于物质结构和化学成分的丰富信息。
拉曼光谱定义
拉曼光谱定义
拉曼光谱（Raman Spectroscopy）是一种非破坏性的分子特征检测手段。
它通过对激发后的分子进行检测，来识别分子中的原子或分子组成部分。
它具有高灵敏度、高准确性和非破坏性，广泛应用于有机/无机化学、生物化学、物理化学等多个学科领域。
拉曼散射是一种被激发光分子而发生的光谱效应，它是物理学家里昂·拉曼在1928年发现的，以他的名字命名。
它的本质是，当一个物体的原子或分子被外界电磁波的能量激发时，会发出符合该物体原子或分子特征的散射光，这种光谱效应就是拉曼散射效应。
拉曼光谱就是拉曼散射效应的可视化图形表示，它可以显示出物体内不同原子或分子的激发状态，从而反映出物体的结构和性质。
拉曼光谱的基本原理是，当一个物体的原子或分子被外界电磁波的能量激发时，会发出符合该物体原子或分子特征的散射光，这种光谱效应就是拉曼散射效应。
拉曼光谱的基本原理是根据物质的不同结构，被激发的分子状态不同，由此产生出不同的散射光谱来反映它们的特性。
拉曼光谱是一种高灵敏度、高准确性的分子特征检测手段，它可以直接检测分子中的原子或分子组成部分，从而反映物体的结构和性质。
由于它的非破坏性、精确性和
高灵敏度，拉曼光谱已经广泛应用于有机/无机化学、生物化学、物理化学、食品分析、环境分析等诸多领域。
拉曼光谱定义，就是表示一种利用拉曼散射原理来检测物质结构特征的方法，即通过测量拉曼散射光谱，来鉴定和识别物体中不同原子或分子组成部分的特性。
它可以提供客观准确的数据，为研究者提供重要的参考信息，从而更好的了解物质的结构、性质和功能。
拉曼光谱法
拉曼光谱法0421拉曼光谱法1拉曼光谱法是研究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及化合物振动频率、转动频率间关系的分析方法。
与红外光谱类似，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改变的结果，被测量的是非弹性的散射辐射。
拉曼光谱采用激光作为单色光源，将样品分子激发到某一虚态，随后受激分子弛豫跃迁到一个与基态不同的振动能级，此时，散射辐射的频率将与入射频率不同。
这种“非弹性散射”光被称之为拉曼散射，频率之差即为拉曼位移（以cm-1 为单位），实际上等于激发光的波数减去散射辐射的波数，与基态和终态的振动能级差相当。
频率不变的散射称为弹性散射，即所谓瑞利散射。
如果产生的拉曼散射频率低于入射频率，则称之为斯托克散射。
反之，则称之为反斯托克散射。
实际上，几乎所有的拉曼分析都是测量斯托克散射。
用散射强度对拉曼位移作图得到拉曼光谱图。
由于功能团或化学键的拉曼位移与它们在红外光谱中的吸收波数相一致，所以谱图的解析也与红外吸收光谱相同。
然而，通常在拉曼光谱中出现的强谱带在红外光谱中却成为弱谱带甚至不出现，反之亦然。
所以，这两种光谱技术常互为补充。
拉曼光谱的优点在于它的快速，准确，测量时通常不破坏样品（固体，半固体，液体或气体），样品制备简单甚至不需样品制备。
谱带信号通常处在可见或近红外光范围，可以有效地和光纤联用；这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质（如玻璃，塑料内）或将样品溶于水中获得。
现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快（几秒到几分钟），性能可靠。
因此，拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便（可以使用单变量和多变量方法以及校准）。
除常规的拉曼光谱外，还有一些较为特殊的拉曼技术。
它们是共振拉曼光谱，表面增强拉曼光谱，拉曼旋光，相关-反斯托克拉曼光谱，拉曼增益或减失光谱以及超拉曼光谱等。
其中，在药物分析应用相对较多的是共振拉曼和表面增强拉曼光谱法。
Raman(拉曼)光谱原理和图解
光散射 - 瑞利散射
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导 • 前… 后…
入射光 分子 分子
散射光
• 散射光与入射光有相同的频率
emission
excitation
光散射 - 拉曼
• 散射光中的1010光子之一是非弹性散射（拉曼） • 前… 后…
入射光 分子 分子振动
散射光
• 光损失能量，使分子振动
采用Leica显微镜 优势 4： 采用Leica显微镜
Ÿ 高热稳定性和机械稳定性 Ÿ 目镜：Leica 原配，符合欧洲及北美等安全标准。好处是 a. 高分辨，大视野，可方便、准确地寻找微米 级样品：如矿物包 裹体等，以及低反差样品；b. 可安全地观察激光焦点，以确认 激光焦点是否聚焦在微米颗粒上。 Ÿ 同时配有摄像机：彩色，高分辨，可观察激光焦点，不饱和 ，提供图像采集卡及软件，可在计算机上存储白光照片，无需 照相机。 Ÿ 照明光源：Leica原配，确保质量。
perpendicular
polarization of Raman peak
拉曼偏振
width of Raman peak
拉曼峰宽
quality of crystal
晶体质量
intensity of Raman peak
拉曼峰强度
amount of material
物质总量
拉曼光谱的特点和主要困难
高灵敏度
优势 1. 高灵敏度：
Ÿ 灵敏度远高于其它同类拉曼谱仪 检验标准：硅三阶峰（约在1440 cm-1）的信噪比≧10:1，检测 条件为：激光输出功率20mW，波长514.5nm，狭缝宽度50微米 ，曝光时间60秒，累加次数5次，binning为1或2，光栅为1800刻 线。显微镜头为 X50常规镜头。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析简介拉曼光谱分析是一种非常重要的光谱分析技术，它通过测量物质产生的拉曼散射光谱，来获取样品的结构和化学特性信息。
拉曼光谱分析是一种非毁灭性的分析技术，具有快速、灵敏、无需样品处理等优点。
本文将介绍拉曼光谱分析的原理、仪器设备以及应用领域。
原理拉曼光谱是一种由分子振动引起的散射光谱，它是分子能级间跃迁导致的，这种能级间跃迁通常称为拉曼散射。
拉曼散射有两种类型：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射不改变光子的能量，而非弹性散射改变光子的能量。
拉曼光谱分析主要关注非弹性散射。
拉曼光谱分析的原理可以用以下简单的公式表示：其中，ω0是激发激光的频率，ωR是散射光的频率。
Δω = ωR - ω0称为拉曼位移，它表示了散射光与激发激光的频率差异。
仪器设备进行拉曼光谱分析需要使用拉曼光谱仪。
典型的拉曼光谱仪由以下几个主要部分组成：1.激光源：用于提供激发激光。
激光源通常使用激光二极管或气体激光器。
2.光学系统：包括收集和聚焦激光光束的透镜、散射样品的光学系统和收集散射光的光学系统。
3.光谱仪：用于分析收集到的散射光谱。
光谱仪通常包括光栅或狭缝，用于分离不同频率的散射光。
4.光敏探测器：用于测量分离后的散射光强度。
光敏探测器常用的包括光电二极管和光电倍增管。
5.数据处理系统：用于控制仪器设备，获取和分析光谱数据。
应用拉曼光谱分析在很多领域都有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：化学分析拉曼光谱可以用于分析和鉴定化学物质。
由于每种化学物质具有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对样品的拉曼光谱与标准库中的光谱，来确定样品的成分和浓度。
生物医学研究拉曼光谱分析在生物医学研究中有很多应用。
例如，可以使用拉曼光谱分析来研究细胞的组成和结构，从而了解生物体内部的变化和疾病发展。
材料科学拉曼光谱分析在材料科学中也有广泛应用。
它可以用于表征和鉴定材料的结构、纯度和晶格缺陷等特性。
同时，拉曼光谱还可以研究材料的相变和相互作用等过程。
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。
拉曼光谱的原理
拉曼光谱的原理
拉曼光谱是一种分析材料的非常重要的光谱技术。
它利用拉曼散射现象来研究物质的分子结构和化学成分。
拉曼散射是指物质被光激发后，发生的光的频率改变的现象。
当入射光与物质相互作用时，一部分光会发生弹性散射，即光的频率保持不变。
然而，少量的光会发生非弹性散射，出射光的频率发生改变。
这种频率的改变称为拉曼散射频移。
拉曼光谱的原理基于拉曼散射导致的频移现象。
当入射光与物质发生相互作用时，入射光的一部分会被样品中的分子散射。
根据量子力学和振动理论，物质分子的振动和旋转会导致散射光的频率发生改变。
这种频率的改变与物质的化学组成和结构有关，因此可以通过测量散射光的频率变化来分析样品。
为了测量拉曼光谱，首先需要一个激光源。
激光光束通过透镜聚焦到样品上，与物质相互作用后，散射光被收集并传递到光谱仪中。
光谱仪中包含光栅和光电探测器。
光栅可以将散射光按照频率进行分离，使得不同频率的散射光可以被准确地测量。
光电探测器可以将光能转化为电信号，进而获得光谱图。
通过分析拉曼光谱图，可以得到物质的分子振动信息。
拉曼光谱可以提供许多有用的信息，例如分子的结构、功能基团、化学键以及样品的杂质。
此外，拉曼光谱还可以用于判别不同物质之间的差异，实现物质的快速鉴定和定量分析。
综上所述，拉曼光谱是一种基于拉曼散射的光谱技术，通过测
量散射光的频率变化来分析物质的化学组成和结构。
拉曼光谱具有非常广泛的应用领域，包括化学、材料科学、生物医学等。
干货全方位看懂拉曼光谱
⼲货全⽅位看懂拉曼光谱拉曼光谱（Raman spectra）以印度科学家C.V.拉曼（Raman）命名，是⼀种分⼦结构检测⼿段。
拉曼光谱是散射光谱，通过与⼊射光频率不同的散射光谱进⾏分析以得到分⼦振动、转动⽅⾯信息。
以横坐标表⽰拉曼频移，纵坐标表⽰拉曼光强，与红外光谱互补，可⽤来分析分⼦间键能的相关信息。
图1：印度科学家拉曼⼀、拉曼光谱原理拉曼效应：起源于分⼦振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分⼦振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。
拉曼效应是光⼦与光学⽀声⼦相互作⽤的结果。
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。
图2：拉曼散射⽰意图物质与光的相对作⽤分为三种：反射，散射和透射。
根据这三种情况，衍⽣出相对应的光谱检测⽅法：发射光谱（原⼦发射光谱（AES）、原⼦荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分⼦荧光光谱法（MFS）等），吸收光谱（紫外－可见光法（UV-Vis）、原⼦吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）等），联合散射光谱（拉曼散射光谱（Raman））。
拉曼光谱应运⽽⽣。
相对作⽤光谱类型实际应⽤反射发射光谱原⼦发射光谱（AES）、原⼦荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分⼦荧光光谱法（MFS）散射吸收光谱紫外－可见光法（UV-Vis）、原⼦吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）透射联合散射光谱拉曼散射光谱（Raman）表1：光谱种类区分表拉曼频移（Raman shift）：拉曼光谱的横坐标称作拉曼频移。
拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的频率之差值称拉曼频移（Raman shift）：Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。
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激光拉曼光谱
[实验目的]
1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备；
2、测量4CCl （液体）的拉曼光谱；
3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对4CCl 的拉曼光谱进行处理，求出4CCl 的主要拉曼线的拉曼位移。
[拉曼光谱基本原理]
1、 现象
频率0v 的单色辐射入射到透明气体、液体或光学上完整透明的固体上时，大部分辐射无改变地透过，还有一部分受到散射。
其中将出现频率为0m v v ±的辐射对。
这种辐射频率发生改变的散射成为拉曼（Raman ）散射；还有辐射频率不发生改变的散射称为瑞利散射。
一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，即0v 和0m v v ±合起来构成拉曼光谱。
0v 称为瑞利线，0m v v ±称为拉曼线，m v 称为拉曼位移。
且频率为0m v v -的拉曼线称为斯托克斯线，频率为0m v v +的拉曼线称为反斯托克斯线。
瑞利散射的强度通常约为入射辐射强度的310-，强的拉曼散射的强度一般约为瑞利散射强度的310-，
2、 解释
对拉曼散射的完整理论解释是非常复杂的，限于篇幅这里不作介绍，请大家参看附后的有关参考书。
下面用一个简单模型——散射系统与入射辐射之间的能量交换模型对其加以解释。
设散射系统有两个能级1E 、2E ，且有21E E >，210E E hv ->。
由于入射辐射的相互作用，系统可以从低能级1E 跃迁到高能级2E ，这是必须要从入射辐射中获得所需能量21E E E ∆=-。
这个过程可以认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子，从1E 能级跃迁到某一更高能级（通常散射系统并没有这样一个能级，所
以称其为虚能级），然后，放出一个能量为0hv E -∆的散射光子而跃迁到2E 能级。
此时，散射光子的频率可表述为：
000m hv E E v v v v h h -∆∆=
=-=- 另一方面，如果散射系统处于激发能级2E ，由于相互作用的存在，它可以从高能级2E 跃迁到低能级1E 。
此时系统必须把能量21E E E ∆=-交给入射辐射。
同样这一过程可认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子。
从2E 能级跃迁到某一高的虚能级，然后以放出一个能量为0hv E +∆的散射光子而跃迁到1E 能级。
此时，散射光子的频率可表述为：
000m hv E E v v v v h h
+∆∆==+=+ 以上的描述可用图1来直观表示。
拉曼散射所涉及到得能级1E 、2E ，一般为散射系统的振动、转动能级（对于分子系统而言），或为晶格振动能级（对于晶体而言）。
即拉曼位移m v 通常对应系统的振动、转动频率或晶体振动频率。
[实验装置]
拉曼光谱实验系统一般由单色激发光源、样品室、色散系统和探测记录装置等组成。
本实验采用苏州大学生产的SD-RI 型小型拉曼光谱仪。
整个实验装置如图2所示。
下面分别加以介绍。
1、 激发光源
激发拉曼光谱的光源，最主要的是要具有高单色性，并能在样品上给出高辐照度。
本实验采用He Ne 激光器作为单色光源。
其输出激光的波长为6328A 。
它的使用比较简单，打开电源，调节电流至所需值（一般约为12mA ）即可。
2、 样品室
前面已介绍过，拉曼散射的强度比较弱。
为了有效的进行测量，样品室必须仔细设计。
样品时要考虑使激发光以最有效的方式照射样品，并要尽可能地收集散射光。
本实验所用的样品室（见图2），由两个凹面反射镜1M 、2M 和两个凸透镜1L 、2L 组成。
这里1L 的作用是对入射激发光进行聚焦以提高激发强度，1M 的作用在于把透过样品的激发光反射回样品再次利用以进一步提高激发强度；2L 、2M 用于收集散射光。
其中2L 把向着色散系统——单色仪方向散射的光聚集
起来送入单色仪，2M 把背着单色仪方向散射的光反射回来，通过2L 的聚焦送入单色仪。
具体实验中，对样品装置的调整以使得各光学元件达到最佳位置是一件非常困难的事，这也是本实验最关键的一步，样品装置是否能调整好直接关系着实验的成败！
3、色散系统
对色散系统的选择，主要决定于所用激发光源的波长和所研究样品的拉曼位移的大小。
目前一般采用以光栅作为色散元件的单色仪。
又是为了提高光谱信号的信噪比，将两台单色仪串接起来使用，这称为双联单色仪或双光栅单色仪。
本实验所选选用的是一台小型光栅单色仪，如图3所示。
它所用的色散元件是一个凹面光栅。
当光栅G 绕其轴转动时，由于光栅的衍射效应，出射狭缝2S 处所对应饿波长也随之变化，从而使探测系统测得入射辐射中不同步长成分的强度——即得到入射辐射的光谱。
光栅G 由一个步进电机及相应的机械系统驱动。
步进电机由一个控制器——凹面光栅单色仪控制器控制。
使用时通过控制器面板上的指轮开关设置好波长范围后，把选择开关拨向“工作”档即可。
4、探测记录装置 光谱测量中一般选择光电倍增管作探测器。
本装置采用华东电子管场生产的GDB-510型光电倍增管。
从光电倍增管出来的信号一般是比较弱的，需要经过放大才能送给记录装置，本实验采用光子计数器作为放大器。
光子计数器是通过对光电倍增管来的电脉冲进行累积计数而达到放大作用的。
经过放大的信号送到记
录装置——X-T 记录仪，从而记下所测光谱。
[实验内容]
1、 用瑞利线校正单色仪读数（注意避免瑞利线直接进入系统）。
2、 画出4CCl （液体）在600660nm -范围内的拉曼光谱，并精确标定谱峰位置。
3、 求出上述范围内的拉曼位移（用1cm -表示）。
4、 拉曼谱线的偏振特性（选做）。
[实验步骤及注意事项]
全部实验步骤自己拟定，必要时可与教员讨论。
总的要求：
1、 结合实物进一步熟悉各仪器设备的具体操作；
2、 结合实验要求及各仪器的具体条件，考虑实验中各仪器应设置的工作状态；
3、 结合上述两部分的考虑，拟定具体的实验操作步骤，经教员认可后方可进行正式实验。
本实验中有几件事项要特别注意：
1、 实验中眼睛不能正对着任何激光束！
2、 光电倍增管接上高电压后，绝对不能曝光，以免烧毁光电倍增管。
[思考题]
1、 要使光线改变90度，除了本实验中的平面反射镜外，还可用什么光学元件？并作一比较。
2、 光栅光谱和棱镜光谱各有什么特点？光栅和棱镜哪个分辨率高？它们的分辨本领与波长的关系怎样？
[参考书]
1、G.Turrell.Infrared and Raman Spectra of Crystals. Academic Press. New York.1972.
2、P .A.Long.Raman spectroscopy (中译本)
3、ser Handbook(中译本)。