拉曼光谱分析
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是光谱学中重要的一个分支，主要研究物质中原子结构的组成和构型结构，利用拉曼散射原理分析物质对广谱激发源的散射反应。
拉曼光谱分析方法被广泛应用于分子的结构异质性研究、环境材料的测定、有机合成反应机理的研究、可见光和红外区域的分子性质的研究等方面。
拉曼光谱的分析方法包括多种，其中最常用的是红外-可见拉曼光谱(IR-vis Raman spectroscopy)，这种技术在各种分析应用中都十分有效、稳定。
拉曼光谱分析可以在多种范围内提供良好的空间分辨率、时间分辨率和动态分析性能，且结果可靠。
拉曼光谱分析主要以拉曼光谱仪为仪器，以激发源、解调装置、光谱检测器、数据处理系统等组成，可进行对不同物质的定量分析。
拉曼光谱的研究方法有许多，其中最常用的是拉曼显微镜的应用，这种方法可以使显微样品中的全部结构特征得到清晰的绘制，拉曼显微镜可用来分析单分子及结构光谱学研究、微量物质成份及结构研究以及其他有机和无机分析等领域。
另外，还有拉曼聚焦显微镜，它是结合传统的拉曼光谱技术和显微成像技术的一种有效的组合，可以同时采集拉曼光谱和显微图像，这在分析特定位置的光谱特征方面有很大的用处，这类技术的系统也可以应用于生物样本的光谱探测分析，可以获得更为精确的结果。
拉曼光谱分析技术也在电化学领域发挥了重要作用，利用拉曼光谱技术可以快速准确地测定电化学反应物质中各种元素的含量，这种方法被用来研究聚合物材料及其电化学性质。
拉曼光谱分析在研究物质化学结构和性质的领域中发挥重要的作用，同时也在生物医学方面被广泛应用，可用来对细胞核基因组和细胞膜的化学特性进行研究，帮助科学家解释复杂的细胞过程。
总之，拉曼光谱分析是光谱学的一种重要技术，它可以提供准确的结果，在生物、物理等多个领域都有重要的应用，未来仍将有更大的发展前景。
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。
拉曼光谱分析法
3）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键 的对称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振 动是弱谱带。红外光谱与此相反。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
Infrared and Raman Spectra of Benzene
IR
Raman
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光 谱 范 围 40-4000C m -1
光 谱 范 围 400-4000C m -1
水可作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBR 压片
• spectrum independent of excitation wavelength (488, 632.8, or 1064 nm)
Spectrum of CCl4, using an Ar+ laser at 488 nm.
Raman Spectroscopy
Another spectroscopic technique which probes the rovibrational structure of molecules. C.V. Raman discovered in 1928; received Nobel Prize in 1931. Can probe gases, liquids, and solids. Must use a laser source for excitation. Resurgence in recent years due to the development of new detectors with improved sensitivity. Shift back away from FT-Raman to dispersive Raman with multichannel detector systems.
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种基于光谱仪技术的分析方法，通常用于分析分子结构，研究物质的组成成分，识别有机和无机化合物。
拉曼光谱是物质中分子键的动力学反应的结果。
当分子键之间的应力改变时，分子中的电子会从一种能量状态转变到另一种能量状态，这时会有光谱信号产生。
通过对拉曼光谱的研究，可以了解分子的结构及分子内的化学键的特性，从而完成分子结构鉴定等实验。
拉曼光谱分析的主要原理是，当物质由较低能级到较高能级时，由于能量平衡要求，物质发出拉曼谱线，用以表示分子结构的特征。
由于当物质进入较低能级时，物质发出的拉曼谱线比较弱，因此，传统的拉曼光谱分析需要用特殊的仪器，如电子光谱仪和质谱仪，来获取分子结构的特异性信号，然后用统计学方法对信号进行处理以获取拉曼光谱。
拉曼光谱分析具有一些独特的优点，如灵敏度高、量程可调，可以用于检测微量样品中的化合物。
它可以用于检测复杂结构物质，如生物分子等，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量。
此外，拉曼光谱分析可用于检测吸收形式的化学反应。
因此，拉曼光谱分析是不可缺少的实验技术，在分析有机化合物结构、研究物质组成成分、鉴定有机物等方面被广泛应用。
拉曼光谱分析是一种非常重要的分析技术，它可用于研究分子结构、分析有机化合物的组成成分和鉴定有机物，在分子结构的研究中发挥着重要作用。
它的灵敏度高、量程可调，可用于检测微量样品中的化合物，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量，并且可用于研究复杂结构物质，因此得到了更广泛的应用。
总之，拉曼光谱分析是一种重要的实验技术，它是一种既高灵敏又量程可调的分析技术，可以用来分析物质的组成成分、识别有机物和无机物，也可以用来研究分子的结构特征，并定量分析分子中的各种元素含量，是研究分子结构和检测化合物定量分析的重要工具。
【2024版】拉曼光谱分析法--ppt课件
优 滤光片组
检测系统
Nd-YAG激光光源
点 ➢ 荧光背景出现机会小
➢ 分辨率高 ➢ 波数精度和重现性好 ➢扫描快，操作方便 ➢近红外光的特性（光纤维中传递性能好、可穿透生物组织）
PPT课件
29
✓近红 外激光 光源
Nd-YAG激光器代替可见光激光器； 产生1.064μm近红外激发光，比可见光 长约1倍，影响信噪比，FT技术克服； 激发光能量低于荧光所需阈值。
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电
2动 子
1 0
能 级
基 态
e e
Rayleigh 散射 PPT课件
Raman 散射 8
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
PPT课Δ件ν/cm-1
9
CCl4的拉曼光谱
适用于分子结构分析
PPT课件
11
3、拉曼光谱与分子极化率的关系 拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
若分子在电场E（光波的电磁场）中，产生诱导偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
反映了分子中电子云 变形的难易程度
分子极化率是诱导偶极矩与外电场的强度之比
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
➢干涉滤光片组，由折射率高低不同 的多层材料交替组合而成。
✓检测器
➢室温下的铟鎵砷检测器 ➢液氮冷却的锗检测器
PPT课件
31
三、激光显微拉曼光谱仪
使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位 （直径小至5 μm ），可精确获取所照射部位的拉 曼光谱图。 ➢ 共焦显微激光拉曼光谱仪（使用CCD检测器）： 显微镜的物镜和目镜的焦点重合于一点，排除了非 焦点处组分对成像的影响，可显示微区的不同深度 和三维结构信息。 ➢ 激光拉曼光纤探针：光导纤维传感技术与显微镜 耦合而成，可对远距离、特殊环境中试样的拉曼散 射进行原位遥感探测。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种测量物质的光谱分析技术，它可以研究物体表面或内部的结构，从而确定它们的组成成分。
拉曼光谱分析是分析物质结构与物理性质之间关系的一种重要方式，其应用已遍及分子生物学、纳米材料学、材料科学、纳米电子学、化学物理学等领域。
拉曼光谱分析是使用拉曼光谱仪记录目标物质拉曼散射光谱的一种分析方法。
拉曼散射是一种光学现象，当电子在物质中移动时，它们试图抵抗外界的能量的冲击，从而产生量子振荡，这就是拉曼光谱。
拉曼光谱分析主要通过对拉曼光谱的分析，来研究给定物质的结构和性质之间的关系，也可以分析物质中的激发态，从而识别物质的组成及其结构特征。
拉曼光谱分析基本原理可以归结为外界的光谱刺激与物质的拉曼散射之间的相互作用。
拉曼散射的发生被定义为由物质激发而产生的能量损失，外界刺激的光谱能量消耗是有限的，因此其在拉曼散射的物质上的散射可以失去一部分能量，由此，可以计算出物质中激发态的能量损失。
从而根据光谱散射的一般规律，可以计算出物质中激发态的能量分布，从而确定物质组成成分。
拉曼光谱分析有很多优点：首先，它只需要一个小而简单的拉曼光谱仪，就能大量的分析物质结构，可以清晰的了解到物质的结构信息；其次，拉曼光谱分析与其他分析方法相比，分析周期较短，耗费较少；最后，拉曼光谱分析可以准确无误地测量物质的结构组成及其相关性质。
然而，拉曼光谱分析并不是完美的，它也存在一些缺点：首先，拉曼光谱仪较为昂贵，是一种典型的大型仪器，增加了实验成本；其次，拉曼光谱分析也受不同物质的表面形态的限制，无法清晰的获取低比表面状态的信息；最后，拉曼光谱分析中的仪器稳定性较差，需要经常的校正和维护。
虽然拉曼光谱分析存在一定的局限性，但是它仍然是一种非常有效的物质结构分析技术，应用广泛，有助于我们进一步深入理解物质的结构性质，找到有效的分析方法。
因此拉曼光谱分析在这些领域有着重要的地位，对未来研究者起到重大的作用，有助于促进物质领域的发展。
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U1000 T64000 HR 800
Aramis XPloRA
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2-什么是拉曼光谱?
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时间和发现人
1928 年，印度科学家C.V Raman in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），通过对于这些颜色 发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信 息，因此这种效应命名为Raman效应。
-1
1 500
2 000
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D-band
Info on defects
高分辨率实验结果
x10 3 40 35 30 25 20 15 10
LabRAM HR普通分辨率 LabRAM HR高分辨率模式
Intensity (cnt)
北京-拉曼光谱仪应用中心
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核心技术 : 衍射光栅
等离子刻蚀全息光栅
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光谱仪的心脏——光栅
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瑞利散射
散射光 弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射） lscatter= llaser
llaser
拉曼散射
lscatter> llaser
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拉曼散射原理
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1-公司简介
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1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleil 1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvon 1997: HORIBA acquired Jobin Yvon 2004: ― One Company Project ‖ , Jobin Yvon became
OH stretching
00 500
500
1000
1000
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
3500
3500
ni = no-n (cm-1)
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不同碳材料的拉曼光谱
同样元素 不同结构
GC: Glassy Carbon DC: Disordered Carbon µG: microcrystalline Graphite G: Graphite D: Diamond
[1] Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)5321 –5326.
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SiC 晶型分布
-25 000 -20 000
-15 000
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
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什么是拉曼散射?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
HORIBA Jobin Yvon
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报告内容
1-公司简介 2-什么是拉曼光谱技术 3-拉曼光谱仪工作原理 4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念 5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍
应力测量
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蓝宝石衬底上的GaN的应力分布
左图的颜色条给出该GaN样 品的E2模相对于体相GaN中该 拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏 移量。
仪器： LabRAM HR
激发波长：514nm
光栅： 1800gr/mm
吉林大学样品
7 000 6 000
红色：普通分辨率结果 兰色：高分辨率结果
CaCO3-1800 CaCO3-600
CaCO3-1800 CaCO3-600
5 000
Intensity (cnt)
4 000
3 000
2 000
190 200 210
Raman Shift (cm-1)
220
230
240
D-band
Info on defects
石墨烯的拉曼光谱
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石墨烯的拉曼光谱成像
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高温原位拉曼测试
可观察到强烈 的黑体辐射
2010年12月摄于西安交通大学
拉曼是物质的指纹光谱
20000 20000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
Intensity (A.U.)
15000 15000
CH3 Stretching Modes
10000 10000
CCO modes
5000 5000
Skeletal Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
穿透深度 (nm)
00
325nm
458nm
488nm
00 350 400 450 500 -1 Raman Shift (cm ) 550
非晶硅 单晶硅
9.4 8.2
53 456
81 717
*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得
感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。
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1 000
0 200 400 600 800 1 000 Raman Shift (cm -1 ) 1 200 1 400 1 600 1 800
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不同分辨率测量应力实验结果
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3-拉曼光谱仪的工作原理
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拉曼光谱测量原理
探测器 光栅
滤光片 激光
样品
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Tube Diameter
2.5
Electronic properties
Intensity (cnt/sec)
2.0
Radial Breathing Mode
1.5 1.0
0.5
0.0 500 1 000
Raman Sh ift (cm )
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全系列拉曼光谱仪
Detector plane
l1 Detector plane l2 F1=300mm
—多种焦长仪器可选择
l1
l2 F2= 800mm
U1000 T64000 HR 800
Aramis XPloRA
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LabRAM HR
(高分辨拉曼光谱仪)
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5 120 140 160 180 200 220 240 260
Raman Shift (cm-1)
Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diameters
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碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Tube Diameter
2.5
Electronic properties
Intensity (cnt/sec)
2.0
Radial Breathing Mode
1.5 1.0
0.5
0.0 500 1 000
Raman Sh ift (cm )
分辨率高 标定峰位峰面积更准确
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分辨率高 数据点多 描述峰位准确
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