拉曼散射光谱仪
拉曼光谱仪-学习
1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太 弱（约为入射光强的10-6），并要求被测样品的体积必须足够大、 无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期，红外技术的进步和 商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；
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
emission
excitationexcit.-vib.
激光拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy
在激光拉曼光谱中，完全自由取向的分子所散射的光 也可能是偏振的，因此一般在拉曼光谱中用退偏振比 (或称去偏振度)ρ表征分子对称性振动模式的高低。
I
I //
I∥和I⊥—3—的分别谱代带表称与为激偏光振电矢谱量带平，行表和示垂分直的子谱有线较的高强的度 对称振4 动模式 。
3 的谱带称为退偏振谱带，表示分子对称振 动模式4 较低。
500
Raman shift (cm-1)
不同复印机墨的 拉曼光谱比对
In t
Int
司法科学-理化检验
400 Sun Dec 28 11:53:18 2008 (GMT+08:00)
350 300
轿车
250
200
150
100
50
拉曼光谱仪器的构成及各部分的作用
拉曼光谱仪器的构成及各部分的作用
拉曼光谱仪是一种用于研究物质的分子结构和化学成分的仪器。
它主要由以下几个部分组成：
1. 激光源：激光源产生单色、单频、高亮度的激光光束，通常使用氩离子激光器、二极管激光器等。
2. 光学系统：光学系统包括透镜、反射镜和光栅等元件，用于对激光光束进行聚焦、衍射和分光，以及将样品上的散射光收集并传送到探测器上。
3. 样品室：样品室是放置待测样品的区域，通常有一个可调节的样品台，用于固定和定位样品。
4. 探测器：探测器用于接收样品产生的散射光，并转换为电信号。
常用的探测器包括光电二极管 (PD)、多道光电二极管阵列 (PDA) 和电荷耦合器件 (CCD) 等。
5. 分光光学系统：分光光学系统通过光栅或其他衍射元件将散射光按波长进行分离和选择，以便进行光谱分析。
6. 数据处理系统：数据处理系统包括计算机和相关的软件，用于控制光谱仪的操作、采集和处理光谱数据，并提供可视化的结果和分析报告。
拉曼光谱仪的工作原理是基于拉曼散射现象，当激光光束通过样品时，部分光子与样品中的分子相互作用，发生能量转移，产生了拉曼散射光。
通过测量和分析这些散射光的强度和频率变化，可以得到样品的拉曼光谱，从而了解样品的分子结构和化学成分。
总之，拉曼光谱仪器的各部分在整个测量过程中起着不同的作用，从激光源的产生到探测器的信号接收，再到数据处理与分析，每个部分都是不可或缺的，共同完成对样品的拉曼光谱分析。
拉曼光谱仪能测什么
拉曼光谱仪能测什么拉曼光谱仪是一种能够利用拉曼散射现象进行物质表征的仪器。
与传统的光谱仪不同，拉曼光谱仪可以测量物质的振动模式、分子结构以及化学成分等物质特性。
下面将从原理、应用及前景等方面详细阐述拉曼光谱仪能测什么。
原理拉曼散射指的是当物质与光相互作用时，由于分子内部振动的变化，产生了散射光子能量的移动。
产生拉曼散射的基本物理机制是约翰·拉曼在1928年提出的，也因此该现象被命名为“拉曼效应”。
拉曼散射中的散射光分为两类，一类是经过样品后没有发生散射的光，叫做强度不变光，即输入光线；另一类是与分子发生相互作用后成为散射光的光，叫做“拉曼散射光”，即输出光。
拉曼光谱仪通过探测样品输出的拉曼散射光进行分析研究物质的结构和特性。
应用化学品检测拉曼光谱仪可以用来检测化学品中的成分和污染物的存在。
例如，利用拉曼光谱仪可以准确检测到食品中的化学成分和添加剂，这对于食品行业来说是非常重要的。
还可以用于检测医药、石油、化学、环境等各行各业生产的产品的成分和杂质等。
材料研究材料研究是另一个重要的应用领域。
利用拉曼光谱仪可以研究材料的晶体结构、纳米结构和组成等性质。
例如，对于半导体材料，可以通过拉曼光谱的谱线分析得到基本的晶格结构信息，还可以探测光子态密度、CD效应（圆二色性）等。
而对于纳米材料，拉曼光谱能够探测纳米材料的颗粒大小、局域动力学研究等。
生化研究在生物学研究中，拉曼光谱技术可以用来分析细胞、蛋白质、DNA和RNA等分子的结构和组成。
通过对生物大分子的拉曼散射谱线进行分析，可以得到分子内部的振动能量和分子间的相对位置关系等生物信息，从而实现细胞和分子的精密分析。
前景随着科技的不断进步和发展，拉曼光谱技术在行业应用和学术研究中发挥着越来越重要的作用。
未来，拉曼光谱仪将更广泛地应用于医药、生物、食品、材料、环保、安全等领域，成为不可或缺的检测和分析工具，为人类进步和发展作出更大贡献。
结论拉曼光谱仪能够通过对散射光的谱线进行分析，研究物质的结构和特性。
拉曼光谱仪工作原理
拉曼光谱仪工作原理
拉曼光谱仪是一种用来测量拉曼散射光谱的仪器。
其工作原理如下：
1. 激光源：拉曼光谱仪使用一束高强度、单色的激光作为光源。
常见的激光源有氦氖激光器、二极管激光器等。
激光的功率和波长选择与待测样品的特性有关。
2. 散射装置：激光束通过一个透镜聚焦成一束平行光，并由散射物体(通常是待测样品)散射。
散射光中的一部分与激光光子
产生频率差(拉曼散射)。
3. 光谱仪：拉曼光谱仪使用一台分光仪来分离频率差的散射光，并测量其强度。
它通常由一个凹面光栅或散射体光栅组成，可以将不同频率的光条带分离为不同的光谱线。
4. 探测器：分离的光谱线经过光谱仪后会落在一个探测器上，例如光电二极管、硅光电二极管或光电倍增管。
这些探测器能够测量散射光的强度。
5. 数据分析：拉曼光谱仪通过计算和分析测得的光谱数据，可以确定样品的分子结构、化学成分和其他物理特性。
常见的数据分析方法有基准校准、强度校正、峰拟合等。
总结起来，拉曼光谱仪通过测量样品散射的拉曼光谱，从而得知样品的分子结构和特性。
它具有非侵入性、无需样品处理和
高灵敏度等优点，因此在化学、生物、材料科学等领域得到广泛应用。
拉曼散射光谱
拉曼散射光谱（Raman spectra）是一种光谱学技术，它基于印度科学家C.V.拉曼（C.V. Raman）在1928年发现的拉曼散射效应。
这种效应描述了当入射光与分子相互作用时，一部分散射光子的能量会发生变化，从而导致散射光的频率不同于入射光的频率。
这种能量的变化是由于分子振动、旋转或其他内部结构变化的结果。
拉曼光谱仪通常使用激光作为光源，因为激光具有单色性好、强度高和方向性强等特点。
当激光照射到样品上时，大部分光会以瑞利散射的形式被散射出去，这部分光子的频率与入射光相同。
然而，一小部分光子会经历拉曼散射，其波长会改变，这是因为它们在与分子相互作用过程中发生了能量转移。
根据散射光子的能量变化，可以将拉曼散射分为斯托克斯线（Stokes lines）和反斯托克斯线（Anti-Stokes lines）。
斯托克斯线代表散射光的能量低于入射光，即散射光的波长大于入射光；而反斯托克斯线则表示散射光的能量高于入射光，即散射光的波长小于入射光。
通过测量这些散射光的波长（或频率），科学家可以获得关于分子振动模式的信息，这可以帮助他们识别分子结构并了解分子之间的相互作用。
拉曼光谱广泛应用于化学、物理学、材料科学、生物学等多个领域，例如研究药物成分、分析矿物、表征聚合物结构等。
拉曼光谱仪的作用
拉曼光谱仪的作用拉曼光谱仪的作用拉曼光谱仪是化学分析领域中一种非常重要的仪器。
其通过激光照射样品并分析样品反射或散射的光谱信息，可以获得关于样品物质信息的详细、准确的分析结果。
本文将探讨拉曼光谱仪在研究分析化学、材料化学、生物化学等方面的应用。
一、研究分析化学中的应用拉曼光谱仪可用于研究分析化学中各种材料的分子结构和化学反应机理等。
在药品研发中，可以通过拉曼光谱仪来鉴定化合物的结构和对其进行质量控制。
此外，拉曼光谱仪还可以应用于分析食品中添加的物质是否符合国家标准。
在环境污染领域，可通过分析水、空气等中各种污染物的拉曼光谱，来测定其中各种化合物的浓度和种类，为环境治理提供科学依据。
二、研究材料化学中的应用拉曼光谱仪在材料分析中也有广泛应用。
通过分析材料的拉曼光谱信息，可以确定材料的表面结构、界面特性、表面相互作用等。
在材料界面的研究中，拉曼光谱仪常用于分析材料之间的相互作用，比如表面改性和颗粒间的相互作用等。
利用拉曼光谱仪，还可以探索材料在高温、高压等特殊条件下的性质变化。
因此，拉曼光谱仪在新材料研究、材料制备和材料表征等领域占有非常重要的地位。
三、研究生物化学中的应用在生命科学领域中，拉曼光谱仪在生物化学分析中也有着广泛的应用前景。
生物化学中，分子的结构、构象和功能都是十分重要的方面。
利用拉曼光谱仪，可对生物分子进行非常准确的结构分析，比如对蛋白质、核酸、酶等分子的结构、构象和功能等进行分析研究。
另外，拉曼光谱仪还可以用于生物标记和细胞成像的研究。
在生命科学中，拉曼光谱仪为生物分子的研究提供了一种非侵入性和无损的方法。
综上所述，拉曼光谱仪作为一种分析工具，在化学、材料和生命科学领域均有着不可替代的作用。
拉曼光谱仪的发展不但能够为科学研究提供丰富的数据来源，还为各个领域的技术发展提供新的方向和契机。
因此，在今后的科学研究中，拉曼光谱仪将继续发挥重要作用，推动科学技术的发展。
碳材料拉曼光谱仪原理及应用
碳材料拉曼光谱仪原理及应用碳材料拉曼光谱仪原理及应用概述：拉曼光谱作为一种非破坏性的表征方法，应用广泛而受到追捧。
其中，碳材料如石墨烯、碳纳米管等材料具有独特的光学和电学性质，因此被广泛研究。
本文重点介绍碳材料拉曼光谱仪的原理和应用。
一、原理拉曼光谱技术是一种非破坏性测试方法，可以用来表征固体、液体、气体甚至生物样品的分子振动。
分子的振动会散射光，在散射光中，与入射光的波长不同的，就是拉曼散射光。
拉曼光谱就是通过分析样品中散射光的特征，来确定分子的振动状态和分子结构等信息。
碳材料如石墨烯、碳纳米管等材料，常常由一些平面的碳原子构成，意味着它们的振动模式受到限制，使得它们产生特殊的拉曼光谱响应。
比如石墨烯的拉曼光谱可以解释为由于由于碳原子的振动特征导致的蓝移等。
这使得碳材料的相关研究中，拉曼光谱技术成为了非常有用的工具。
二、仪器碳材料拉曼光谱仪由一个激光器，一个样品平台，一个检测器，一个显示器等主要部分组成。
在激光器的作用下，激光通过一个微镜并照射到样品表面，然后进入光谱仪并由检测器检测信号。
仪器会收集散射光谱，并将信号表现在显示器上。
三、应用碳材料拉曼光谱有着广泛的应用。
举例来说，石墨烯的应用是一个热点，因为它的独特性质和多种应用途径，拉曼光谱技术被广泛应用于石墨烯的研究。
而碳纳米管也是另一个非常有应用的碳材料，在纳米科技、生物技术领域都具有很广泛的应用。
拉曼光谱也可以用于电子器件开发。
与传统理解不同，石墨烯在更加复杂的系统中的研究，如石墨烯纳米带、复合材料等，需要考虑到电子和声子态在载流子输运中的耦合本质，这就需要更加复杂的拉曼光谱数据采集与分析过程。
在医学方面，拉曼光谱与表面增强拉曼光谱技术已经被用来确定和监测癌症等疾病的生物标志物。
例如，使用钯纳米微球表面增强拉曼光谱监测病人血浆中癌细胞标志物的水平，其结果显示，拉曼光谱可以成为一种非侵入性、高灵敏度和高精确度的检测方法。
四、总结碳材料拉曼光谱作为一种非破坏性的表征方法，在碳材料的研究中应用广泛。
拉曼光谱仪有哪些分类
拉曼光谱仪有哪些分类拉曼光谱仪是一种用于研究材料分子结构和化学特性的重要仪器。
它通过测量样品中散射光的频率变化，来分析样品中分子的振动和转动状态，从而得到样品的拉曼光谱图。
根据不同的应用需求和技术特点，目前市场上主要有以下几类拉曼光谱仪：1. 传统单色光学拉曼光谱仪传统单色光学拉曼光谱仪是一种基于单色激光源的仪器，其用途广泛，可以用于固、液、气样品的表征。
它的优点是信噪比高、定量分析精度高，而且价格相对比较便宜。
但缺点也很明显，即它只能提供单色激光，使得谱线分辨率有限，而且对于样品的微弱信号有可能会受到环境噪声等影响。
2. 连续波拉曼光谱仪连续波拉曼光谱仪是一种使用低功率的连续波激光的仪器。
它比传统单色激光拉曼光谱仪具有更高的光量和更低的能量密度，且日常使用比较方便。
但是，它的信噪比相对低，且由于散射信号弱，在仪器设计和使用的过程中需要特别谨慎。
3. 双光源拉曼光谱仪双光源拉曼光谱仪是一种使用两个激光源的仪器。
其中一个激光源可用于定位样品，而另一个激光源则用于拉曼光谱信号的收集。
它可以提供更高的光量和更好的信噪比，但是这也意味着它的价格比较高。
4. 共焦拉曼光谱仪共焦拉曼光谱仪采用了光学共焦成像技术。
这种仪器不仅可以提供高空间分辨率的拉曼光谱图像，还可以提高散射信号的信噪比。
它适用于研究复杂的生物和生命科学样品，如细胞和组织。
但是，共焦拉曼光谱仪价格比较昂贵，而且使用和维护成本较高，因此适用范围相对受限。
在实际的使用中，所选用的拉曼光谱仪往往取决于实验的具体需求。
以上几种类型的拉曼光谱仪各有优缺点，但它们都可以为不同领域的分析提供有效的解决方案和支持。
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Raman简介
拉曼在研究光的散射过程中于1928年发现的散射现象中 有一特殊效应，和X射线散射的康普顿效应类似，光的 频率在散射后会发生变化。频率的变化决定于散射物质 的特性。 1930年诺贝尔物理学奖授予印度加尔各答大学的拉曼 (Sir Chandrasekhara Venkata Raman 1888―1970)，以表 彰他研究了光的散射和发现了以他的名字命名的定律。
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引用资料
[11] /spectroscopy/raman.aspx princetoninstruments [12]/applications/raman_spectroscopy.htm Wasatchphotonics [13] .tw/faculty/Instrument/raman.htm 金属紫质共振拉曼光谱的研究 [14]仪器分析 , 刘兴鉴、孙逸民、陈玉舜、赵敏勋、谢明学主编,台北县五股乡：全 威书局,民96 初版 [15]仪器分析化学 , 石宇嘉、石宇华编着,北市：鼎茂图书, 民88 二版 [16]仪器总览 化学分析仪器 , 伍秀菁、汪若文、林美吟编辑, 新竹市：国科会精仪 中心, 民87 初版
右图为三甲苯 与茚的IR吸收 光谱及Raman 散射光谱图之 比较
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Raman散射光谱分析
图为SiGe合金 的Raman光谱图
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大纲
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Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
结论
拉曼光谱 红外光谱 光谱范围40-4000Cm-1 光谱范围400-4000Cm-1
Raman Scattering Spectrometer 拉曼散射光谱仪
大纲
2
Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
大纲
3
Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
水可作为溶剂
水不能作为溶剂
样品可装在玻璃容器中 直接分析 固体样品可直接分析
不能用玻璃容器
需要研磨制成 KBr 压片
非破坏性分析
非破坏性分析
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大纲
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Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
引用资料
[1] /research/biomedical/optics/sers.html Exeter [2] /learn/applications/?docID=64 Andor Technology [3] /2/low/uk_news/scotland/edinburgh_and_east/7837517.stm [3] /tutorials/ Intevac [4] http://www.riken.go.jp/lab-www/spectroscopy/en/interface.html 田原分子分光研究室 [5] /granick/People/Research/Research_Malgorzata.html [6]/display_article/113739/12/none/none/OptWr/Modul ar-designs-advance-Raman-spectrometers LaserFocusWorld [7] /raman/raman.htm Maryspectra [8] /public/chemistry/classes/chem4538/raman.htm Raman Spectroscopy [9] .tw/~chiact/index.htm 拉曼光谱譛实验室 [10] /tw/6259.aspx Renishaw
7
Raman散射原理
E1 + h0 1. Raman effect： E2 + h0 Raman散射的两种跃
迁的能量差： E=h(0 - ) 产生史托克线 ；强； 基态分子多； E=h(0 + ) 产生反史托克线 ；弱 ； 2. Raman shift： Raman 散 射 光 与 入 射 光频率差；
1968年Tobin首次发表以雷射(laser)当激发光源，来侦测 蛋白质的拉曼光谱，大幅增强了Raman scattering的讯号 强度，此后以雷射为激发光源的拉曼光谱法即被广泛地 应用在生物及生化分子的研究上。
4
大纲
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Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
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Thanks for your attention
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题库
(1)为什么anti-stokes对stokes谱线强度的比值，会随样品温度升高而增大? ans：温度增高时，于第一激发态的粒子增加。 (2)若雷射功率一定，使用He-Ne雷射(632.8nm)或Ar离子雷射(488nm)为光源 时测定样品之谱线强度有何不同?为什么? ans：强度与频率之四次分成正比 (3)拉曼光谱为什么常被应用于生化或生物分子研究? ans：H2O不受干扰影响
Raman散射原理
l l0
Incident light l0
Absorbed
Transmitted l0
l0 Reflected l l0
Inelastic
6
l0
Elastic
Scattered
Raman散射原理
Rayleigh: Elastic scattering Raman: Inelastic scattering
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h(0 - ) E1 V=1 E0 V=0
STOKES
h0
h(0 + )
h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0 -
0
0 +
Raman散射原理
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Raman散射原理
从光的波动性来看，散射现象的产生，是与光波的电场与物质分子发生作 用后，产生的感应偶极矩有关。 P = E P感应偶极矩； 分子的极化性；E电场强度
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大纲
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Raman简介 Raman原理 Raman光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
Raman光谱仪结构
图为谱仪的装置示意图： 主要有(一)雷射光源(二)外光路系统及样品装置(三)分光系统(四)侦测装置 雷 射 L1 L2 M2 样品 M1 PC
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分光仪
E=E0cos(wit) + +
r r0
-
Induced polarization P = E (: polarizability)
Dipole re-radiates at same frequency wi
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Raman散射原理
例如：CO2 symmetric mode
O
C
O
由于分子周围的电子云交替的伸长与收缩，使极化性有相应的变化， 产生了1338cm-1的拉曼位移。
PMT
光子计数器
Raman光谱仪结构
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Raman光谱仪结构
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Raman光谱仪结构
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大纲
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Raman简介 Raman原理 光谱仪结构 Raman散射光谱分析 结论 引用资料
Raman散射光谱分析
图为四氯化碳(CCl4) 的Raman光谱图
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Raman散射光谱分析