拉曼光谱原理和应用
拉曼光谱的原理和应用
拉曼光谱的原理和应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，它具有广泛的应用领域，包括材料科学、化学分析、生物医学等。
本文将介绍拉曼光谱的原理和应用，并探讨其在这些领域中的作用。
拉曼光谱是一种基于分子振动的光谱技术。
当光线照射到样品上时，一部分光被散射出去，而其中部分光子的能量被分子吸收并用于激发分子的振动。
被散射光的波长发生了移位，这种波长移位即为拉曼散射。
拉曼光谱通过测量这种波长移位，可以得到样品中的分子振动信息，从而揭示样品的结构和组成。
拉曼光谱有许多应用。
首先，它在材料科学领域中起着重要的作用。
通过测量拉曼光谱，我们可以分析材料的化学组成和结构特征。
例如，可以利用拉曼光谱来鉴定材料的纯度和晶体结构，监测材料中的杂质含量等。
此外，拉曼光谱还可以帮助研究材料中的微观缺陷和晶格畸变，对材料的物理性质进行探究。
其次，化学分析也是拉曼光谱的重要应用之一。
拉曼光谱可以用于快速、非破坏性的分析化学样品。
与传统的化学分析方法相比，拉曼光谱无需预处理样品，也不需要使用昂贵的试剂。
利用拉曼光谱，可以对各种化合物进行定性和定量分析，包括有机物、无机物和生物分子等。
例如，在药学领域，拉曼光谱被广泛应用于药品质量控制、药物成分分析和药效评估等方面。
此外，拉曼光谱在生物医学领域也有着广泛的应用。
通过测量生物分子的拉曼光谱，可以研究其结构和相互作用。
例如，可以利用拉曼光谱来探索蛋白质、核酸和糖类等生物分子的结构和功能。
此外，拉曼光谱还可以应用于生物医学诊断。
许多疾病的早期诊断和治疗需要准确的检测技术，而拉曼光谱由于其高分辨率和高灵敏度的特点，被认为是一种很有潜力的诊断工具。
除了上述领域，拉曼光谱还有许多其他的应用。
例如，在环境监测中，可以利用拉曼光谱来分析水和土壤中的污染物，监测环境污染的程度；在食品科学中，拉曼光谱可以用于检测食品中的添加剂和污染物，确保食品的质量和安全。
总之，拉曼光谱作为一种非常有价值的光谱技术，具有广泛的应用前景。
拉曼光谱的原理及应用
拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱是将激发的样品通过分析散射光的频率而得到的一种光谱技术。
它是基于拉曼散射效应，即光与物质相互作用后，光的频率发生变化而产生散射光谱。
拉曼光谱的原理及应用如下。
原理：拉曼散射是指当物质被激发后，光通过与物质分子或晶体相互作用而发生频率改变的现象。
当光与物质相互作用后，其中一部分光的频率会发生变化，其频率的差值与物质分子或晶体的振动和转动能级有关。
这种频率发生变化的光被称为拉曼光，而拉曼光谱则是分析和记录这种光的技术和结果。
应用：1.化学分析：拉曼光谱可以用于分析化学物质的成分、结构和浓度。
不同化学物质的分子结构和振动能级不同，因此它们与光相互作用后会产生不同的拉曼光谱。
通过对比样品的拉曼光谱与数据库中已知物质的拉曼光谱，可以确定样品的成分和结构。
2.材料科学：拉曼光谱在材料科学中有广泛的应用。
例如，可以通过拉曼光谱来分析材料中的应变、晶格缺陷、晶体结构及化学组成等。
由于拉曼光谱对物质的表面敏感性较强，因此它在研究纳米材料和杂质掺杂材料的结构和性质方面特别有用。
3.生物医学：拉曼光谱在生物医学领域有多种应用。
例如，可以使用拉曼光谱来识别肿瘤组织与正常组织的差异，从而在肿瘤诊断和治疗中发挥重要作用。
此外，拉曼光谱还可以用于分析生物分子的结构变化和相互作用，以及研究细胞功能和代谢过程。
4.环境分析：拉曼光谱可以用于环境样品的分析和监测，例如水质、大气污染物、土壤和废物中的化学物质。
通过拉曼光谱技术，可以对这些环境样品中的有机和无机成分进行定性和定量分析，从而提供可靠的环境数据。
5.药品质量检测：拉曼光谱可用于对药物的质量进行快速和准确的检测。
通过对药物样品的拉曼光谱进行分析，可以确定药物的成分、结构和纯度，以保证药物的质量和疗效。
总结：拉曼光谱技术以其非破坏性、快速、准确的特点在各个领域得到广泛应用。
基于拉曼散射现象，拉曼光谱能够提供关于样品成分、结构和相互作用的信息。
它已成为化学、材料科学、生物医学、环境分析和药品质量检测等领域中不可或缺的分析工具，为科研和工业应用提供了重要支持。
拉曼光谱仪原理及应用
拉曼光谱仪原理及应用
拉曼光谱仪是一种用于分析物质的工具，它基于拉曼散射效应。
拉曼散射是指当光通过物质时，光子与物质分子发生相互作用，产生散射光时的现象。
拉曼光谱仪可以通过测量散射光的强度和频率来确定物质的结构和组成。
拉曼光谱仪的基本原理是使用一束单色激光照射到待测样品上，部分光子与样品内的分子相互作用后发生频率变化，即拉曼散射。
散射光中的频移与分子的振动能级差有关，因此可以得到物质的特征振动光谱。
为了提高测量的灵敏度和精度，拉曼光谱仪通常采用光栅或干涉仪作为色散元件，将散射光按频率分离成不同的波长。
通过光检测器和光谱仪等装置，可以得到关于频率和强度的光谱图像。
拉曼光谱仪有广泛的应用领域。
例如：
1. 物质组成分析：拉曼光谱可以提供物质的分子结构和组成信息，用于化学、生物医药等领域的物质鉴定和分析。
2. 药物研发：通过拉曼光谱仪可以对药物分子的结构进行表征，用于药物研发、质量控制和药物相互作用的研究。
3. 环境监测：拉曼光谱仪可以用于检测空气中的有害气体、污染物和化学物质，对环境污染进行监测和分析。
4. 生命科学研究：拉曼光谱技术可以用于生物分子的结构和功能研究，如蛋白质结构、DNA/RNA序列和细胞代谢等。
5. 材料分析：拉曼光谱可以用于分析材料的成分、相变和结构变化，对材料科学和工程中的材料研究和品质控制具有重要意义。
总的来说，拉曼光谱仪通过测量散射光的频率和强度，可以提供关于物质结构和组成的有用信息，广泛应用于许多科学领域和工业应用中。
拉曼光谱原理及应用
拉曼光谱原理及应用一、拉曼光谱原理拉曼光谱其实是一种很神奇的东西呢。
简单来说呀，当光照射到分子上的时候，会发生散射现象。
大多数的散射光和入射光的频率是一样的，这叫瑞利散射。
但是有一小部分的散射光，它的频率会发生变化，这个就是拉曼散射啦。
这是因为分子在光的作用下发生了振动，导致能量有了变化，从而让散射光的频率变了呢。
分子的不同振动模式就对应着不同的拉曼频率位移，就像每个分子都有自己独特的“指纹”一样。
二、拉曼光谱的应用1. 在化学领域的应用在有机化学里呀，拉曼光谱可以用来确定分子的结构。
比如说有一个新合成的有机化合物，科学家们就可以用拉曼光谱来看看它的化学键啊，官能团之类的。
因为不同的官能团会有不同的拉曼峰位，就像不同的人有不同的身份证号一样准确。
在无机化学中，它能帮助研究无机化合物的晶体结构。
像研究一些金属氧化物，拉曼光谱就能告诉我们这些氧化物里原子的排列方式，是不是很厉害呢？2. 在材料科学中的应用对于新材料的研发，拉曼光谱可是个得力助手。
比如说研究石墨烯这种超级厉害的材料，拉曼光谱可以检测它的层数。
层数不同，拉曼光谱的特征峰就会不一样哦。
在检测材料的应力和应变方面也很有用。
当材料受到外力作用的时候，它的分子结构会发生变化，这种变化就可以通过拉曼光谱反映出来。
就好像材料在向我们诉说它的“委屈”一样。
3. 在生物医学领域的应用在疾病诊断方面有很大的潜力。
比如说检测癌细胞，癌细胞和正常细胞的分子结构是不一样的，拉曼光谱就能捕捉到这种差异，从而帮助医生更早地发现癌症。
在药物研发中也能发挥作用。
可以用来研究药物和生物分子之间的相互作用，就像是在给药物和生物分子之间的“约会”当侦探一样。
4. 在环境科学中的应用检测环境中的污染物。
比如水中的有机污染物，拉曼光谱可以快速地识别出污染物的种类，就像一个超级灵敏的环境卫士。
研究大气中的气溶胶成分。
拉曼光谱能够分析气溶胶里都有哪些物质，这对我们了解大气污染的来源和形成机制是很有帮助的。
拉曼光谱仪的原理及应用
拉曼光谱仪的原理及应用拉曼光谱是一种非常有用的分析物质的技术，在许多不同的领域都有广泛的应用。
本文将介绍拉曼光谱仪的原理及其应用。
一、拉曼光谱仪的原理拉曼光谱仪是一种光谱学仪器，通过测量物质散射光谱的强度和频率，可以得到物质分子的结构信息。
具体来说，拉曼光谱仪使用激光束照射样品，然后收集样品散射的光线。
激光光线通过样品时，光子与分子发生相互作用，由于分子的振动和旋转，样品发生拉曼散射，即分子振动产生的光子的频率发生变化，这种频率变化可以用来确定分子的结构。
拉曼散射强度与样品成分和激光功率直接相关，所以需要准确控制激光功率和光路。
同时，为了获得高质量的拉曼信号，需要在光路中加入滤光器和光谱仪等装置，确保能够测量样品发出的散射光线的频率和强度。
二、拉曼光谱仪的应用1. 化学分析拉曼光谱仪在化学分析中被广泛应用，因为它可以进行非接触测量，无需样品准备和可能使样品受到损害的化学处理。
此外，拉曼光谱仪还能够检测低浓度的物质。
利用拉曼光谱仪进行化学分析，可以得到关于分子结构、组成及相互作用等信息。
其中，一次红外光谱不足以解决分析问题时，拉曼光谱仪就可以发挥它的优势。
2. 材料分析使用拉曼光谱仪可以分析固体、液体和气体材料的结构和组成。
例如，可以据此确定药品中的成分，鉴别不同的聚合物和塑料材料，以及分析碳纳米管和其他纳米材料的结构。
其他一些应用包括燃料和材料研究，温度和压力传感器等。
3. 生物技术和医学拉曼光谱仪在生物技术和医学领域中也有许多应用。
例如，使用拉曼光谱可以确定蛋白质和DNA组成的结构，检测细胞状态和生物分子交互作用。
在医学领域，可以利用拉曼光谱进行肿瘤诊断和治疗，以及神经系统疾病的诊断。
总之，拉曼光谱仪是一种独特的分析工具，在各种不同领域中都有广泛应用。
它可以为科学家、工程师和医生提供宝贵的信息，同时也为各个领域的进一步研究和发展提供了支持。
拉曼光谱的基本原理和应用
拉曼光谱的基本原理和应用拉曼光谱是物理学中的一种光谱分析技术，由印度物理学家拉曼于1928年首次发明并应用于物质分析领域，被誉为光谱分析技术中的“黄金标准”。
它是一种非破坏性的、非接触的分析方法，通过记录分子或晶格振动产生的光散射谱，来确定样品的化学成分和分子结构等信息。
本文将对拉曼光谱的基本原理和应用进行介绍。
1. 基本原理拉曼散射现象，是指当激发光通过物质后，和物质分子（原子）作用，从而使部分光子散射并改变波长和能量的现象。
其中有经典理论和量子理论两种解释方式。
经典理论认为，当入射光作用于分子时，分子会处于一种较稳定的振动状态（低频振动状态），此时来自光的能量被吸收到分子内部，并在其振动中被存储。
当入射光继续辐照分子时，它将对分子中的电荷作用，使分子从初始振动状态转移到不同的振动状态，从而引起辐射吸收和耗散。
这个过程中，散射出来的光子波长与入射光子波长略有不同，这种现象被称为拉曼散射。
量子理论则通过分子内部电子能级的变化来解释拉曼散射。
当光子入射到分子中时，分子内部的电子受到激发，从一个能量级跃迁到另一个高能级状态。
接着，这些高能态电子再从高能级态回到低能级态时，向周围外沿部分辐射自身的能量，并使辐射光的波长发生变化，形成了拉曼散射光谱。
无论是通过经典理论还是通过量子理论来解释拉曼散射，其实质都是把激发光子的能量转换成分子振动的能量，从而实现对分子结构和物质成分的分析。
2. 应用（1）化学分析拉曼光谱在化学分析领域中得到了广泛应用。
它可以快速、准确地确定化合物的成分和结构，对于分析固态、液态、气态样品均可适用。
例如，在制药领域中，分析拉曼光谱可以帮助研究人员了解样品的物质成分和结构，从而更好地控制生产过程和最终成品的质量。
（2）生化学分析拉曼光谱技术在生命科学、医学、环境保护、食品安全等领域也有广泛应用。
通过对生物分子的拉曼光谱进行分析，可以帮助我们研究生物分子的组成、形态、稳定性、相互作用等信息。
拉曼光谱的原理及应用
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进展而有了更普遍的应用。
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和体积小、容易利用的拉曼光谱仪。
（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份.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成份, 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，大部份的光会按原先的方向透射，而一小部份那么按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观看时，除与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称散布着假设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。
由于拉曼谱线的数量，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，也能够取得有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已普遍应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特点（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特点：a.拉曼散射谱线的波数尽管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散布在瑞利散射线双侧, 这是由于在上述两种情形下别离相应于取得或失去了一个振动量子的能量。
c. 一样情形下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
这是由于Boltzmann散布，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，它无需样品预备，样品可直接通过光纤探头或通过玻璃、石英、和光纤测量。
另外1 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。
拉曼光谱法的原理和应用
拉曼光谱法的原理和应用1. 拉曼光谱法的基本原理拉曼光谱法是一种非常重要的光谱分析方法，它基于拉曼散射的原理。
拉曼散射是指当入射光与样品发生相互作用时，一部分光子的能量被转移给样品分子，然后以不同的频率重新散射出来。
这种重新散射的光子所具有的能量差值既可以是正的，也可以是负的，分别对应着被称为斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼散射光。
•斯托克斯线：当光子从较高的能级跃迁到较低的能级时，拉曼散射光的频率减小，能量减小，波长增加。
•反斯托克斯线：当光子从较低的能级跃迁到较高的能级时，拉曼散射光的频率增加，能量增加，波长减小。
2. 拉曼光谱法的应用领域拉曼光谱法具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面。
2.1. 材料科学•物质成分分析：拉曼光谱法可以用于材料的组成分析，通过比对样品的拉曼光谱图与数据库中的标准光谱进行比对，可以准确分析样品中的成分。
•结构表征：拉曼光谱法可以提供物质的分子结构信息，该信息可以用于研究材料的晶体结构、化学键的构型等重要参数。
•表面增强拉曼光谱：通过表面增强效应，可以提高样品的散射和检测灵敏度。
这种技术可以应用于纳米材料、生物分析、化学传感等领域。
2.2. 化学分析•溶液分析：拉曼光谱法可以用于溶液中化学物质的浓度和组成分析，具有快速、无需特殊处理的优势。
•反应动力学研究：通过监测反应溶液中物质浓度的变化，可以推断反应的动力学过程和速率常数。
2.3. 生物医学•药物分析：拉曼光谱法可以用于药物的质量控制、纯度检测等方面，具有快速、无损、无需特殊处理的特点。
•生物分子分析：拉曼光谱法可用于蛋白质、DNA、RNA等生物分子的结构和成分分析，可以研究生物分子的结构、功能和相互作用。
2.4. 环境监测•气体分析：拉曼光谱法可以用于空气污染物的检测和分析，例如检测有毒气体、工业废气等。
•土壤和水质分析：拉曼光谱法可以用于土壤和水质中的有机物、无机物的检测和分析，具有快速、无损的特点。
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拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼散射
发分光子照对拉射光曼分子散子的射时一是，种分一 弹子部性对分散光散射子射。的光只一的有种频分非率子弹（和性光散 子散射间）效的和应碰入。撞射当为光用弹的一性频定碰率频撞相率，等（没。有这激 能种）量散的交射激换是
时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光 的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散 射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
处于振动基态的分子在光子的作用下，激发到较高的、不稳定的能态（称为 虚态），当分子离开不稳定的能态，回到较低能量的振动激发态时，散射光的能量 等于激发光的能量减去两振动能级的能量差。即
E h散 ＝ h激 － （ V0 V 1)
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拉曼光谱和拉曼效应
此时 激 > 散 。这是拉曼散射的斯托克斯线。
拉曼光谱给出的信息
• 定性的信息: 拉曼光谱是物质结构的指纹光谱，拉 曼光谱常包含有许多确定的能分辨的拉曼峰，应用 拉曼管光谱分析可以区分各种各样的试样。定性分 析的一个必须做的工作是根据测得的拉曼谱判定出 可能的材料和混合物，限定这些可能物的数量。
• 定量的信息:测得的分析物拉曼峰强度与分析物浓 度间有线性比例关系。分析物拉曼峰面积与分析物 浓度间的关系曲线是直线。
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导
• 前… 后… 入射光
散射光
分子
分子
• 散射光与入射光有相同的频率
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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
• 光损失能量，使分子振动
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• 设散射物分子原来处于基电子态，当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用 引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state），虚能 级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的电子态，则 有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入 射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频 率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为 反斯托克斯线。
• 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，
子吸收光谱。引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外～ 可见光区，故称紫外－可见光谱。电子能级跃迁的同时伴有振动能级和转动能级 的跃迁。 • 引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的 跃迁。红外吸收和拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。 • 用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。
如果光子与振动激发态的分子相互作用，被激发到更高的不稳定的能态，当分子 离开不稳定的能态回到振动基态时，散射光的能量等于激发光的能量加上两振动能 级的能量差。即：
E h散 ＝ h激 （ V 0 V 1)
此时，
散
，这是拉曼散射的反斯托克斯线。
激
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拉曼测量的是什么？
Real States 真实能级
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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。
分子振动
散射光
emission
excitation excit.-vib.
拉曼光谱的应用领域
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: 法庭科学:违禁药品检查；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
统称分子内部运动能。分子光谱产生于分子内部运动状态的改变。
分子有不同的电子能级（ S 0 ，S 1 …），每个电子能级又有不同的振动能级（ V 0 V 1 …）
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拉曼光谱和拉曼效应
而每个振动能级又有不同的转动能级( J 0 , J 1 …). • 一定波长的电磁波作用于被研究物质的分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分
apply innovation
拉曼光谱原理和应用
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拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉 曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对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，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
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
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Vibrational States 振动能级 i
GBrGound State基级
光散射 - 瑞• 拉曼光谱仪器的构成：
1、激发光源 2、光学系统 3、分光仪 4、探测器 5、计算机处理系统
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拉曼光谱仪结构方框图
控制及数据处理 记录系统
光子计数器 直流放大器
记录系统
样品
样后集光 装置
单 光电倍增管 色 器
激发器
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样前准直光学装置 样品装置