拉曼光谱分析详解
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。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非侵入性的光谱技术，通过对物质分子的振动模式进行分析，可以快速、准确地确定样品的组成。
本文将对拉曼光谱分析的原理、应用和进展进行介绍。
拉曼光谱分析的原理基于拉曼散射效应，该效应是指当入射光与物质发生相互作用时，一部分光通过散射的方式改变了频率。
这种散射光称为拉曼散射光，其频率与样品分子的振动和转动状态有关。
通过对拉曼散射光的分析，我们可以得到所谓的拉曼光谱。
在拉曼光谱中，有两个重要的参数需要注意，即拉曼频移和拉曼强度。
拉曼频移是指散射光频率与入射光频率之差，而拉曼强度则反映了散射光的强弱。
拉曼光谱的应用非常广泛。
首先，它可以用于物质的结构鉴定和分析。
对于无机物质和有机分子，拉曼光谱可以提供它们的分子振动信息，从而确定其结构和成分。
此外，拉曼光谱还可以用于药物分析、食品安全检测、环境监测等领域。
在药物分析中，拉曼光谱可以用于快速鉴定药物的成分和纯度。
通过比较样品的拉曼光谱与已知药物的光谱数据库，我们可以确定样品中的主要成分。
这对于药品的质量控制和合理使用非常重要。
在食品安全检测中，拉曼光谱可以用于检测潜在的有害物质，如农药残留、食品添加剂、毒素等。
相比传统的检测方法，拉曼光谱不需要对样品进行破坏性处理，具有非侵入性和快速分析的优势。
在环境监测中，拉曼光谱可以用于检测水、空气、土壤等环境样品中的污染物。
由于拉曼光谱技术可以实时、无损地进行分析，它被广泛应用于环境监测、灾后评估等领域。
随着科技的进步，拉曼光谱分析技术也在不断发展和完善。
一方面，随着光学元件和光谱仪器的改进，现代拉曼光谱系统的灵敏度和分辨率不断提高。
另一方面，人们还在不断开发新的方法和算法，以提高拉曼光谱分析的准确性和效率。
目前，有许多研究正在进行中，以应对拉曼光谱分析中的挑战。
例如，一些研究人员正在探索使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术，以提高低浓度样品的检测限。
另外，还有一些研究致力于利用人工智能算法对大量的拉曼光谱数据进行处理和分析，以实现自动化和高通量分析。
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。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是20世纪80年代发展起来的一种无损检测技术，由于它能够直接检测出样品中微量元素的特征波长，因此这种方法可用于任何类型材料的定性、定量检测。
拉曼光谱通常是使用电子轰击被检物品，从而引起其内部结构的变化，形成以拉曼位移为特征的吸收光谱。
由于人体组织会发生多种物理和化学反应，因此拉曼光谱也可以对其进行定性、定量分析。
拉曼光谱既适用于各种样品的定性、定量检测，也适用于原材料的鉴别。
拉曼光谱是利用多层次样品对光的选择吸收，如同黑暗中的电灯泡，辐射光源照射在物质上，物质对不同频率的电磁波产生的选择吸收不同。
样品在拉曼光谱仪器里所受到的辐射强度正比于样品浓度的平方，光的强度越大，吸收就越强，被吸收的辐射功率就越弱，这个信号就是拉曼位移信号，它有一个峰值。
把光谱分成若干个区间，每一个区间代表一个样品，这样就得到了被分析样品的拉曼光谱图。
对于拉曼光谱法，由于需要专业的设备，操作也较为复杂，还有一些缺点，因此它只适合于某些特殊的场合，例如：科研机构研究单一样品；某些工艺流程中的产品或某一特殊阶段产品等。
例如，金属铜中含有Cu，分析其含量，可以采用其他方法，但是由于该铜样品本身具有磁性，用传统的方法测试比较困难，此时可以采用拉曼光谱法，只要检测出Cu的拉曼光谱，即可以测定铜中的含量，又如钢铁中碳的含量测定，在工业生产过程中会加入微量元素，当碳含量达到0。
1%时就不能排除其他杂质，此时就可以采用拉曼光谱分析法，找到碳含量小于0。
1%的碳，那么此批钢铁的合格率就能达到100%。
再如食品和药品等也可以通过拉曼光谱法进行检测。
目前我国的日用化学品已经全部列入强制性检验范围，凡是进口的产品都必须进行拉曼光谱分析。
以下介绍拉曼光谱的工作原理：被检测样品与入射电子之间存在着相互作用，引起样品中特征拉曼位移的强度称为拉曼增强。
拉曼位移的强度与样品浓度呈线性关系，可用拉曼增强的拉曼位移来确定样品的浓度。
拉曼增强的位移与样品的种类和浓度有关，并且随样品浓度增加而增大。
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。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析是一种用来研究物质的结构和化学成分的非破坏性分析技术。
它基于拉曼散射现象，当光线与物质相互作用时，部分光子会散射，并且传播方向和频率发生变化。
这种散射光的频率变化可以揭示出物质的分子振动模式和结构信息。
在拉曼光谱分析过程中，通过激光器发射的单色光源照射到样品上，样品表面会产生散射光。
收集和分析散射光的频率和强度变化，可以确定物质的成分、结构以及其他化学信息。
拉曼光谱分析具有许多优点，例如：它是一种非破坏性的方法，对样品的处理和准备要求较低；它可以在常温下进行，不需要复杂的实验条件；它可以针对不同类型的物质进行分析，包括有机物、无机物和生物物质等；同时，拉曼光谱也是一个定性和定量分析的方法，可以提供关于物质成分和浓度的信息。
因此，拉曼光谱在材料科学、化学、生物学、医学等领域得到了广泛的应用，例如用于鉴定和鉴别物质、监测化学反应的进展、研究纳米材料的性质等。
使用拉曼光谱仪进行材料分析的技巧
使用拉曼光谱仪进行材料分析的技巧拉曼光谱是一种非常有用的分析技术，可以用于研究和鉴定不同材料的化学成分以及结构信息。
本文将介绍使用拉曼光谱仪进行材料分析的一些技巧和注意事项。
一、拉曼光谱原理简介拉曼光谱是一种分析技术，利用激光照射样品时，光与样品分子之间发生相互作用，产生拉曼散射现象。
拉曼光谱可以提供物质分子的振动信息，从而确定其组成和结构。
拉曼光谱的特点是不需要对样品进行特殊处理，能够非破坏性地分析物质。
二、准备工作在使用拉曼光谱仪进行材料分析前，需要进行一些准备工作。
首先，确保光谱仪正常工作，激光器和检测器能够正常工作。
其次，准备好所需分析的样品，并确保样品表面干净，无尘或杂质。
此外，还需要检查实验室的环境条件，保持恒温和稳定的湿度，以减少外界因素对实验结果的影响。
三、样品的制备与处理对于固体样品，宜选择薄膜、颗粒或晶体，以获得较好的信号质量。
样品的表面应尽可能平坦、光洁，以确保激光能够均匀地照射样品表面。
对于液体样品，通常采用透明的玻璃容器进行分析，并确保容器内无气泡或杂质。
四、光谱测量参数选择在进行光谱测量之前，需要选择合适的测量参数。
首先是激光功率的选择，功率过高可能对样品造成热效应，功率过低可能导致信噪比低。
其次是积分时间的选择，根据实际情况确定积分时间，以充分获得信号质量。
此外，还需要确定光谱的测量范围，根据样品的特性和所需分析的信息进行选择。
五、数据处理与解读获得光谱数据后，需要进行数据处理与解读。
首先，对数据进行背景校正，以去除背景信号的干扰。
然后，进行光谱峰位的分析，确定峰位对应的振动模式。
此外，还可以进行峰位强度的定量分析，用于确定不同成分的含量和浓度。
最后，根据已有的参考谱与数据库进行对比，进行物质的鉴定和结构分析。
六、注意事项在使用拉曼光谱仪进行材料分析时，需要注意以下几点。
首先，避免样品受潮、受热或受光照射，以免影响实验结果。
其次，避免样品表面有杂质或污染物，以减少干扰。
拉曼光谱分析技术
拉曼光谱分析技术一、原理拉曼光谱是一种光散射过程，它与样品分子的振动、转动、晶格等能级转变有关。
当激光通过样品时，部分激光光子会与样品中的分子相互作用，光子能量的改变即为拉曼散射光，其频率差等于与样品分子能级差的振动频率。
通过收集和分析拉曼散射光的强度和频率，就可以得到样品的拉曼光谱，从而得到样品的分子结构信息。
二、仪器拉曼光谱仪主要由三部分组成：光源、光学系统和光谱仪系统。
1.光源：常用的光源有连续性或脉冲激光器，如气体激光器、液体激光器、固体激光器等。
激光器发出的单色、高亮度光源是拉曼光谱分析的关键。
2.光学系统：光学系统主要由透镜、滤光片、光纤耦合器等组成，主要用于对激光进行准直、聚焦和收集样品的反散射光。
3.光谱仪系统：光谱仪系统由光栅、光电倍增管（PMT）、光谱仪等组成。
它用于分离和检测样品散射光的强度和频率。
三、应用1.材料科学领域：拉曼光谱分析技术可以用来研究材料的结构、组成、相变、晶格缺陷等。
例如，可以通过拉曼光谱分析研究材料中不同相的相对含量、晶格缺陷的种类和分布情况，从而为材料的合成和改性提供参考。
2.生命科学领域：拉曼光谱分析技术也可以用来研究生物分子的结构和功能。
例如，可以通过拉曼光谱分析研究蛋白质、核酸、多肽等生物分子的二级结构、药物与生物分子的相互作用等。
3.环境监测领域：拉曼光谱分析技术可以用于环境样品的分析和监测。
例如，可以通过拉曼光谱分析来快速检测土壤、水体、空气中的有机物、无机物等，同时还可以用于检测环境中的微量毒害物质。
4.法医学应用：拉曼光谱分析技术在法医学中也有广泛的应用。
例如，可以通过对酒精、毒品、爆炸物等样品的拉曼光谱分析来鉴定和识别这些毒性物质。
5.药物分析领域：拉曼光谱分析技术可用于药物的结构鉴定、质量控制等。
例如，可以通过拉曼光谱分析来鉴定药物中存在的杂质和假药，也可用于药物的溶解度研究和纯度检测。
综上所述，拉曼光谱分析技术具有无损、快速、无需或少需样品处理等优点，广泛应用于科学研究、材料分析、工业生产和环境监测等领域。
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λ
λ
拉 曼
增减散 大小射
变
λ
样
透过光λ不变
品
池
瑞 利
散
射
λ
不 变
4
3.2 方法原理 CCl4的拉曼光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
2020/9/30
5
3.2 方法原理 CCl4的拉曼光谱
12000
便携式仪器实测图 459
振动 σ/cm-1 拉曼强度 红外强度
O-H 3650-3000 w
s
C=C 1900-1500 vs-m
o-w
N=N芳取代 1440-1410 m
o
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23
3.6 发展
3.6.1 共振拉曼光谱RRS
➢ 激发频率等于或接近电子吸收带频率时共振
➢ 拉曼强度增万至百万倍，高灵敏度，宜定量 ➢ 共振，高选择性 ➢ 可调染料激光器
10000
仅测出Stocks线
8000 314
6000
4000
219
相对强度
2000
0 0
2020/9/30
100
200
300
400
500
600
Δν/cm-1
6
3.2 方法原理
Stocks(斯托克斯)线：
室受 大温部激分能时虚能量处态量减于不不少基稳变，态定，波振，小长动很(部能数快分级)(变1产的0长-8生分s(小)位子跃)移很回。少基，态
同
同属分子振(转)动光谱
异 红：外红：外适用于分研子究对不同红原外子光的极的性吸键收振动 －O强H,度－由C分＝子O，偶－极C距－决X定
异 拉：曼拉：曼适用于分研子究对同原激子光的的非极散性射键振动
－N－强N度－由, 分－子C－极C化－率决定
互补
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14
3.3 拉曼光谱与红外光谱的关系
3 激光拉曼光谱法
3.1 概述 3.2 原理 3.3 与红外光谱的关系 3.4 仪器 3.5 应用
2020/9/30
1
3.1 概 述
散射光谱
C.V.Raman，the Indian physicist
1930 Nobel Prize
分子振动与转动
用于结构分析
与红外光谱类似 － 吸收光谱1
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Raman 散射
8
3.2 方法原理 3.2.2 拉曼位移（Raman shift）
Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。 Δv取决于分子振动能级的改变， 所以他是特征的。
与入射光波长无关
适用于分子结构分析
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9
3.2 方法原理
3.2.3 拉曼光谱与分子极化率的关系
2020/9/30
11
3.2 方法原理
3.2.4 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
2020/9/30
12
2020/9/30
（b）试样的平行偏振
13
3.3 拉曼光谱与红外光谱的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极化率 分子中两原子距离最大时，α也最大 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
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10
3.2 方法原理
极化率与分子振动有关
α=α0+(dα/dq)0q 下标0表示平衡位置
q=r-re为双原子的振动坐标 re平衡位置时双原子分子核间距
对红外和拉曼之一有活性，则另一非活性
互允法则：无对称中心的分子其分子振动
对红外和拉曼都是活性的。
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不经分离而直接测定，在红外吸收上会造成很大干扰，下 图为红外图和拉曼图的比较
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3.4 仪器结构与原理
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18
3.4 仪器结构与原理
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O=C=O
O=C=O
对称伸缩
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
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15
3.3 拉曼光谱与红外光谱的关系
结构分析：H4C4N4
拉曼C=C 1623 cm-1 强
CN C
CN C
红外C=C 1621 cm-1 强
NH2
NH2
互排法则：有对称中心的分子其分子振动
因发射光能量太低，不能激发大多少分子中的电子能级跃迁
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3.4 仪器
✓试样室
➢玻璃元件代替IR的卤化物晶体 ➢聚焦透镜
使激光聚焦在样品上
➢收集透镜
使拉曼光聚焦在双单色仪的入射狭缝
✓光纤维技术
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3.5 应用
3.5.1 无机体系
➢ 优于红外，基于M－Org键的振动
19
3.4 仪器
拉曼散射光的I仅入射光的10-7/10-8 拉曼散射光强I与光源频率4次方成比例
✓激光器作光源，常用如下：
Ar＋
Kr ＋ He/Ne 二极管激光器
488/514 531/647 633
782/830nm
488nm Ar ＋光源的拉曼线强度比He/Ne大约3倍
半导体激光器荧光干扰非常低
AnAtni－ti-sStotcokcek线s也线远：少于stocks线。 温度升能高量，增反加斯，托波克长斯(数线)增变加短。(大)
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7
3.2 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1 瑞利散射与拉曼散射
光线通过试样，透射仍为主体 波长远小于粒径，小部分散射 瑞散利射散：射仅λ改不变变方向，拉波曼长不散变射。 λ变
弹性碰撞无能量交换
垂直方向观测，原波长两侧还有散射光 非弹性碰撞，有能量交换，波长有变化
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3
3.2 方法原理
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3.6.2 表面增强拉曼光谱SERS
➢ 试样吸附在胶态金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10－9～1012 mol/L
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24
本章作业
1 为什么反stocks线的比例随试样温度的升高 而升高？
在100-700cm-1
➢ M－O/卤化物也具有Raman活性
➢ Raman谱证实：
V(IV)是VO2＋不是V(OH)22＋
硼酸离解是B(OH)4-不是H2(BO)3－
➢ Raman光谱H2SO4等强酸的解离常数
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3.5 应用
3.5.2 有机化合物
➢ 与红外互补，基于M－Org键的振动 ➢ Raman适骨架，IR适端基