RAMAN拉曼实验讲义报告
第八讲分子振动光谱之拉曼Raman.PPT
（五）拉曼光谱图常规分析方法
➢ 凡不引起分子偶极矩改变的振动是非红外活
性的振动，不能形成振动吸收，使红外光谱 的应用受到一定程度的限制。
➢ 但是这些红外非活性的振动信息可以通过拉
曼光谱来获得。故拉曼光谱常作为红外光谱 分析的补充技术，俗称“姐妹光谱”。
拉曼散射是与入射光电场E所引起的分子极化的
诱导偶极矩有关。
拉曼散射的发生必须在有相应极化率α的变化
时才能实现，这是和红外光谱所不同的。 在红外光谱中检测不出的谱线，可以在拉曼光
谱中得到，使得两种光谱成相互补充的谱线。
在激光拉曼光谱中有一个重要参数即退偏振
比ρ（也可称为去偏振度）。 退偏振比ρ对确定分子的对称性很有用。 退偏振比ρ定义为：
的跃迁能级有关的频率是ν1，那么分子从低能级 跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1，而散 射光子的能量要降低到hν0-hν1，频率降低为ν0ν1。
（2）分子处于振动的激发态上，并且在与光
子相碰时可以把hν1的能量传给光子，形成一条能 量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。
➢通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯
此外，络合物中金属-配位体键的振动频率一 般都在100~700 cm-1以范围内，用红外光谱研究比 较困难。然而这些键的振动常具有拉曼活性，且在 上述范围内的拉曼谱带易于观测，因此适合于对络 合物的组成、结构和稳定性等方面进行研究。
图 各种碳材料的拉曼光谱
傅里叶变换拉曼光谱是陶瓷工业中快速而有效的 测量技术。陶瓷工业中常用原料如高岭土、多水高岭 土、地开石和珍珠陶土，它们都有各自的特征谱带， 而且拉曼光谱比红外光谱更具特征性。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告拉曼光谱（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。
（Raman）在％与中观輕L 种特眛进谱的砸茯1品輙礙毀图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。
弹性碰撞：光子和分子之间没有能量交换，仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞利散射。
非弹性碰撞：光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，即改变了光子的运动方向，也改变了能量。
使散射频率和入射频率有所不同。
此类散射在光谱上被称为拉曼散射。
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。
宾际应用原子左切光淆（AES ）.克予黄光光谱（砖5 ）X®住砂光蔺云C游S ）,分子页光光诰艺（MFS ）吹收光诣蒙井-可足光J去（UV-V F S）宗子够厘光谱（AAS ）辽井％hf （IR } 垓暹共眼（NMR ）蛮合散51 此漕（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 ):Av| v 0 - v s |, 即散射光频率与激发光频之差。
拉曼光谱讲稿
各种过渡金属表面上吸附的吡啶在最强峰电 位下的表面增强拉曼谱图
Near-field Raman spectroscopy
Near-Field Microscopy
Rayleigh Limit
Near-field resolution
Near-Field Geometries
Schematic Near-Field Microscope Set-up
Field enhancement
400 200 100 50
20 10 5
2 1 0.5
0.2
Wavelength/nm
J. Kottmann et al., IFH Field Theory Group, ETH Zürich
SERS: Raman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructures
NH2
N
N
N H
N
Raman 10-1 M
SERS
Raman Intensity Raman Intensity
10-2 M 10-3 M
10-5 M 10-6 M
enumber / cm-1
10-8 M
1500
1000
500
Wavenumber / cm-1
How does SERS work? The SERS EM enhancement
EO
metal colloid
excitation
molecule
detection
SERS
SERS EM enhancement – shape
effect
Field enhancement
激光拉曼光谱实验报告
激光拉曼光谱实验报告摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的3Nd+：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱，谱线很好地吻合了理论分析的4CCL 分子4种振动模式，且频率的实验值与标准值比误差低于2%。
又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光，确定了各振动的退偏度，分别为0.013、0.853、0.869、0.940，和标准值0和0.75比较偏大。
关键词:拉曼散射、分子振动、退偏 一，引言1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman ）和克利希南（K.S.Krisman ）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。
几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（ndsberg ）和曼杰尔斯达姆（L.Mandelstamm ）也在晶体石英样品中发现了类似现象。
在散射光谱中，频率与入射光频率0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+又称为反斯托克斯线。
这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。
拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。
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。
20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。
由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。
而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。
拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告篇一：拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验[实验目的]1、了解Raman光谱的原理和特点；2、掌握Raman光谱的定性和定量分析方法；3、了解Raman 光谱的谱带指认。
4、了解显微成像Raman光谱。
[仪器和装置] 1、显微Raman光谱系统一套，拉曼光谱仪的型号为SPL-RAMAN-785 USBXX+的拉曼光谱仪，自带785nm激光；2、带二维步进电机平移台一台（有控制器一台）；3、PT纳米线样品；4、光谱仪软件SpectraSuite；5、步进电机驱动软件；6、摄像头（已与显微镜集成在一起）。
[实验内容]1、使用显微Raman系统及海洋光谱软件对单根或多根纳米线进行显微Raman光谱测量，对测量的图和标准图进行比较，并通过文献阅读对PT纳米线Raman（测量和标准）的谱峰进行指认。
2、使用显微拉曼扫描系统进行二维样品表面拉曼信号收集，并生成样品表面特定波长处的拉曼信号强度三维图，模拟样品表面拉曼表征。
选择多个拉曼波长对样品形状进行观察。
[实验结果及分析]观察PbTiO3的拉曼散射谱并比对具体的拉曼散射光谱数据进行分析，可以找到以上10个拉曼散射峰，分别位于784.54nm，794.94 nm，798.60 nm，802.90 nm，806.84 nm，811.91 nm，817.10 nm，825.29 nm，832.44 nm，879.69nm附近，对应的Raman Shift分别是-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00 cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-11371.21 cm-1。
（通过Raman Shift=1/λ入射-1/λ散射计算得到）PT纳米线Raman测量的谱峰指认：分析可知，-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-1附近的9个振动模，分别对应于PbTiO3的A1（1TO），E（1LO），E（2TO），B1+E，A1（2TO），E（2LO）+A1（2LO），E（3TO）A1（3TO），A1（3LO）声子模。
拉曼光谱仪实验报告
拉曼光谱仪实验报告拉曼光谱仪实验报告引言：拉曼光谱仪是一种常用的分析仪器，可以通过测量样品散射光的频率变化来获取样品的结构和化学成分信息。
本实验旨在通过使用拉曼光谱仪，研究不同样品的拉曼光谱特征，并分析其结构和成分。
实验方法：1. 样品准备：选择不同类型的样品，如有机物、无机物或生物分子等，并将其制备成均匀的固态、液态或气态样品。
2. 仪器调试：根据实验要求，调整拉曼光谱仪的参数，如激光功率、波长、光路等，以确保获得稳定的信号和准确的光谱数据。
3. 测量操作：将样品放置在拉曼光谱仪样品台上，调整焦距和位置，使激光光斑准确照射到样品表面。
开始测量前，进行背景扫描以消除环境光的影响。
然后，选择适当的积分时间和扫描次数，进行拉曼光谱的测量。
实验结果与讨论：1. 有机物样品：a. 苯：苯是一种常见的有机物，其拉曼光谱特征主要集中在1000-1700 cm^-1的范围内。
我们观察到苯分子的拉曼光谱中存在苯环的振动模式，如苯环的C-C和C-H振动。
这些峰的位置和强度可以提供关于苯环结构和键的信息。
b. 酚：酚是另一种有机物，其拉曼光谱特征主要出现在300-1100 cm^-1的范围内。
我们观察到酚分子的拉曼光谱中存在酚环的振动模式，如C-O和C-C 振动。
这些峰的位置和强度可以提供关于酚分子结构和键的信息。
2. 无机物样品：a. 二氧化硅：二氧化硅是一种常见的无机物，其拉曼光谱特征主要出现在400-1200 cm^-1的范围内。
我们观察到二氧化硅分子的拉曼光谱中存在硅氧键的振动模式，如Si-O和Si-O-Si振动。
这些峰的位置和强度可以提供关于二氧化硅结构和键的信息。
b. 硝酸盐：硝酸盐是另一种常见的无机物，其拉曼光谱特征主要出现在100-1700 cm^-1的范围内。
我们观察到硝酸盐分子的拉曼光谱中存在硝酸根离子的振动模式，如NO2和NO3振动。
这些峰的位置和强度可以提供关于硝酸盐结构和键的信息。
3. 生物分子样品：a. DNA：DNA是生物体内的重要分子，其拉曼光谱特征主要出现在500-1700 cm^-1的范围内。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。
大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这时，称这种散射称为瑞利散射;还有一种散射光，它约占总散射光强度的10^~10^，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光(入射光)的频率，因此称该散射光为拉曼散射。
在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。
散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。
拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的(电子云发生变化)。
拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。
这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。
全球第一台拉曼分析仪spector RamanT"是一款功能强大的手提式拉曼光谱仪。
此色散型光谱轻巧便携，既可在现场做快速鉴定之用，也可加配Nuscope"数字显微镜及XYZ三维载物台在实验室搭建简易的冠微拉曼。
全球最小的掌上拉曼光谱仪DeltaNu研制出了全球最小的掌上拉曼光谱仪ReporteR--其体积仅为手机大小，可独立工作，也可用USB连接电脑做实时谱图分析。
台式拉曼光谱仪Advantage 532是一台低价高性能的台式拉曼光谱仪。
相对于Advantage系列的其他型号来说，它具有更高的信噪比。
台式拉曼光谱仪(633)DeltaNu经典的以633 nm为激发光源波长的低价高性能台式拉曼光谱仪。
Advantage 633拉曼操作简单，适用于溶液、凝胶、粉末和涂层，完善的配件选择可以实现对各种类型的样品进行分析。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一，而拉曼光谱则是近年来备受关注的一种非常有用的光谱技术。
拉曼光谱通过测量物质在激发光照射下所散射光的频率差，揭示了物质分子的振动和转动信息。
本实验旨在通过测量不同物质的拉曼光谱，探讨拉曼光谱在化学分析中的应用。
实验方法本实验使用的拉曼光谱仪配备了一台激光器和一个光电倍增管。
首先，将待测样品放置在样品台上，并将激光对准样品表面。
开启光谱仪后，记录激光的波长和功率，并调整样品的位置和角度，以获得清晰的拉曼光谱信号。
实验过程中，要确保样品不受污染和损坏，并且保持仪器的灵敏度和稳定性。
实验结果与讨论1. 水的拉曼光谱我们首先对水这一常见物质进行了实验。
结果显示，水的拉曼光谱包含了丰富的信息，其中包括了水分子的伸缩振动和转动振动等。
根据实验结果，我们能够准确测量水的拉曼频移以及相应的光谱峰位，并据此进一步推测水的分子结构和键长等物理参数。
此外，由于水是一种极具活性的化学物质，我们还可以通过比较不同水样品的拉曼光谱差异，来确定水中的杂质和污染物含量。
2. 有机物的拉曼光谱在本实验中，我们还研究了一些有机物的拉曼光谱，并对比了不同有机物的光谱特征。
结果表明，不同有机物的拉曼光谱存在差异，这可以用于鉴别和定量分析不同的有机化合物。
通过观察拉曼光谱中的峰位、强度和形状等特征，我们能够确定物质的化学组成和结构。
由于有机物在拉曼光谱中具有独特的指纹区域，因此拉曼光谱被广泛应用于药物分析、环境监测和食品安全等领域。
3. 表面增强拉曼光谱除了传统的拉曼光谱，我们还研究了表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman Spectroscopy, SERS）。
该技术基于纳米金属表面所产生的增强效应，能够大幅提高样品的拉曼散射信号，从而增强检测灵敏度。
我们在实验中采用了金纳米颗粒作为增强剂，并测量了不同浓度的染料溶液的拉曼光谱。
结果显示，SERS技术不仅可以有效检测低浓度的物质，还能够应用于微量分析和生物传感等领域。
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拉曼光谱技术的应用
7、食品 测量食物油中脂肪酸的不饱和度，检测食品中的 污染物如细菌，认定营养品和果品饮料中的添加药物。 8、珠宝 鉴定和分析真假宝石（如钻石，石英，红宝石， 绿宝石等）以及对珍珠、玉石及其他珠宝产品进行分 类。 9、材料 铁(介)电体，磁性材料，半导体，地质，考古， 环境等。
拉曼光谱应用领域
拉曼光谱的特点
拉曼光谱作为红外光谱的补充技术，还具有自身的 优点：
1.制样简单，气体样品可采用多路反射气槽测定。液 体样品可装入毛细管中测定，不挥发的液体可直接 用玻璃瓶装盛测量，固体粉末可直接放在载波片上 测试。
2.由于激光束的直径较小，且可进一步对焦，因而微 量样品也可测量。
拉曼光谱的特点
能级示意图
虚态
h 0 h 0
E1 E0
h 0
h 0
h( 0 )
h 0
h 0
E1ห้องสมุดไป่ตู้E0
h( 0 )
E h
0
瑞利散射
0 0 0
拉曼散射
通过非弹性散射光子与入射光子能量的差别， 我们可以得到分子振动和转动能级的信息。 例如:苯环振动模式在拉曼谱图的归属：
1、半导体材料；2、聚合体；3、碳材料；
4、地质学 / 矿物学 /宝石鉴定；5、生命科学；
6、医药；7、化学；8、环境 ；9、物理；
10、考古；11、薄膜；12、法庭科学：违禁药
品的检查/区分各种颜料，色素，油漆，纤维等/ 爆炸物的研究/墨迹研究/子弹残留物和地质碎片 研究。
本实验室激光共焦显微拉曼光谱仪
散射光的频率分布
拉曼光谱原理
从能级的角度来讲拉曼散射，是分子先吸收了光 子的能量,从基态跃迁到虚态,到了虚态之后，由 于处于高能级，它从虚态返回到第一振动能级， 释放能量,这样放出的光子的能量小于入射光子的 能量，这就是拉曼散射的一种，也就是处于斯托 克斯散射。当从第一振动能级跃迁到虚态，然后 从虚态返回到基态，这样放出的能量就大于入射 光的能量，这就是处于反斯托克斯区，也是拉曼 散射的一种。能量不变的就是瑞利散射。
生产公司：HORIBA JOBIN YVON 型 号：Aramis
拉曼光谱的优势
信息
样品
• 各种性状 • 无需特殊处 理 • 含水样品 • 玻璃样品池
方法
• 无损， 非破 坏性 • 特异性 • 微量和宏观 • 实时检测 • 活体检测
• 分子层面 • 对结构和环 境敏感
拉曼光谱技术的应用
1、化学物质 认定、分析、和特性测量有机物、无机物，包括溶剂、 汽油化工产品、碳物质、薄膜。 2、化学过程 跟踪高分子配方和聚合过程，实时测量（包括定量测 量）混合物（包括溶剂混合物及水溶液）。 各组成成分 的含量，检查有机污染物，跟踪化学反应的中间和末端 产物，预测聚合物的型态特征。 3、高分子聚合物和塑料 质量控制进厂和出厂产品，认定生产过程中的污染物 质，实时监测聚合反应过程，预测双折射、晶状性、结 晶温度等物理特性。
拉曼光谱图给出的信息
定性的信息：拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息：可以通过光谱校正，得到准确的 应力大小和浓度分布
谱带位置：化学组成, 结构,构象,形态 频率位移：应力 ，温度 半 高 宽： 结晶度 强 度： 浓度或物质的量
拉曼光谱和红外光谱的比较
拉曼光谱和红外光谱均属于分子振动和转动光谱，在许 多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频 率。因此红外测量能够得到的信息同样也出现在拉曼光 谱中，红外光谱解析中的定性三要素（峰位，峰强和峰 形）对拉曼解析也是适用。 但由于这两种光谱的分析机理不同，在提供信息上也是 有差异的，通常分子的对称性愈高，红外与拉曼光谱的 区别就愈大，非极性官能团的拉曼散射谱带较为强烈， 极性官能团的红外谱带较为强烈，例如在许多情况下， C=C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外谱带较为强烈，而 C=O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显著。
3.水是极性很强的分子，红外吸收非常强烈。但水 的拉曼散射却很微弱，因而这对生物大分子的研究 非常有利，此外玻璃的拉曼散射也较弱，因而玻璃 可以用做窗口材料 4.对于聚合物及其分子，拉曼散射的选择定律的限 制较小，因而可以得到丰富的谱带。 5.拉曼光谱的频率不受单色光源频率的限制，可根 据样品的不同性质而选择，比如对于荧光强的物质 可以选择长波长或短波长的激发光。
拉曼光谱原理
红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则 伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子 内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。 当一定频率的激发光照射一分子时，一部分散射光的频率 与入射光的频率相同，这种散射是分子对光子的一种弹性 散射，其碰撞为弹性碰撞，没有能量交换，称为瑞利散射 ，是由英国物理学家瑞利提出而得名。 还有一部分散射光 的频率和激发光的频率不等，这种散射称为拉曼散射。 弹性散射：在散射过程中没有发生能量变化的散射 非弹性散射：在散射过程中发生能量变化的散射
激光共焦显微 拉曼光谱仪
NJUST
教学要求
1、掌握RAMAN光谱仪的基本原理和结构
2、了解RAMAN光谱仪的适用范围及一般应用
3、通过对样品的测试掌握 LabSpec5 软件的
操作过程，学会谱图解析的一般方法
拉曼光谱概述
拉曼效应
1928 年，印度科学家C.V Raman首先在CCl4光谱中发 现了当光与分子相互作用后， 一部分光的波长会发生改变 (颜色发生变化)，通过对这 些颜色发生变化的散射光的 研究，可以得到分子结构的 信息，把这种效应命名为 Raman效应。为此拉曼获得 1930年度的诺贝尔物理学奖。 从拉曼光谱的研究可以得到 有关分子振动或转动的信息。
拉曼光谱技术的应用
4、药物 认定和分析药物成分、关键添加剂、填充剂、毒品 对药物的纯度和质量进行质量控制。 5、刑侦 检测易燃易爆物，毒品药品，生物武器试剂，墨水 及文件。 6、生物和医学 测量血液和血清中总蛋白质及生物溶质含量，决定 新陈代谢产物的浓度，测量血液和组织的含氧量，在分 子水平上对癌症（如子宫癌、肺癌等）和心血管疾病 （如动脉硬化）进行诊断。