拉曼光谱d带和g带
光谱分析3-拉曼
Huazhong University ofScience and Technology材料分析与表征技术黄云辉材料科学与工程学院拉曼光谱分析§3-1 基本原理§3-1-1 拉曼散射效应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，与红外光谱相同，其信号来源与分子的振动和转动。
拉曼（Raman），印度物理学家。
1921年开始研究并在1928年发现了光散射的拉曼效应，1930年获得了诺贝尔物理奖。
为表彰拉曼的巨大贡献，印度政府将2月28日定为“拉曼节”。
拉曼光谱与吸收光谱的差异（1）吸收光谱中光子的能量必须等于分子的某两个能级之间的能量差，而拉曼光谱中入射光子的频率和分子跃迁所涉及的能量差之间无确定的关系。
（2）拉曼散射的强度很低，只有入射光的10-7，一般在入射光的垂直方向检测。
（3）拉曼光谱是通过测定散射光相对于入射光频率的变化来获取分子内部结构信息。
二、转动拉曼光谱无论同核还是异核双原子分子，都有转动拉曼光谱。
转动能级（谱项）)1()(+=J BJ J F转动拉曼光谱选律2,0±=ΔJ 0=ΔJ 2−=ΔJ 2=ΔJ 0~~νν=Q )2/3(4~~0++=J B O νν)2/3(4~~0+−=J B S ννQ 支O 支S 支统一公式)2/3(4~+±=ΔJ B ν小拉曼位移三、振动拉曼光谱振动时的极化率变化)(00r r −+=βαα振动能级（谱项）ωχω~)2/1v (~)2/1v ()v (2+−+=G 选律简谐振子非简谐振子1v ±=ΔL,3,2,1v ±±±=Δ10→频率位移ωχν~)21(~−=Δ大拉曼位移四、共振拉曼光谱普通拉曼共振拉曼四、拉曼光谱与红外光谱的互补性拉曼光谱和红外光谱有互补性：（1）都是振动转动光谱；（2）红外：固有偶极矩拉曼：感生偶极矩（3）活性互补拉曼与红外的互补性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测试方法§3-2仪器结构与原理§3-3 应用无机材料分析有机化合物分析联用技术§3-3-1 拉曼光谱分析的特点•定性分析：不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进行定性分析。
石墨烯的表征
石墨烯的表征方法拉曼光谱分析拉曼光谱是碳材料分析与表征的最好工具之一。
图1是石墨、氧化石墨和石墨烯的拉曼光谱。
从图中看出石墨仅在1576 cm-1处存在一个尖而强的吸收峰(G 峰)，对应于E2g光学模的一阶拉曼散射，说明石墨的结构非常规整。
当石墨被氧化后，氧化石墨的G峰已经变宽，且移至1578 cm-1处，并且还在1345 cm-1处出现一个新的较强的吸收峰(D峰)，表明石墨被氧化后，结构中一部分sp2杂化碳原子转化成sp3杂化结构，即石墨层中的C=C双键被破坏。
此外G带与D带的强度比也表示sp2/sp3碳原子比。
这进一步说明氧化石墨中sp2杂化碳层平面长度比石墨的减小。
当氧化石墨被还原后，还原氧化石墨即石墨烯的拉曼光谱图中也包含有类似氧化石墨的峰位。
石墨烯拉曼光谱图中两个峰(D与G)的强度比高于氧化石墨的，表明石墨烯中sp2杂化碳原子数比sp3杂化碳原子数多，也就是说石墨烯中sp2杂化碳层平面的平均尺寸比氧化石墨的大。
这说明了在本实验条件下氧化石墨被还原时，它只有一部分sp3杂化碳原子被还原成sp2杂化碳原子，即氧化石墨的还原状态结构不可能被完全恢复到原有的石墨状态，也就是说石墨烯的结构和石墨结构还是有差别的。
图1. 石墨(a)、氧化石墨(b)、石墨烯(c)拉曼光谱X-射线衍射分析图2是石墨、氧化石墨和石墨烯的XRD图。
从图中可以看出石墨在2θ约为26°附近出现一个很尖很强的衍射峰，即石墨(002)面的衍射峰，说明纯石墨微晶片层的空间排列非常规整。
石墨被氧化后，石墨(002)面的衍射峰非常小，但在2θ 约为10.6°附近出现很强的衍射峰，即氧化石墨(001)面的衍射峰。
这说明石墨的晶型被破坏，生成了新的晶体结构。
当氧化石墨被还原成石墨烯，石墨烯在2θ约为23°附近出现衍射峰，这与石墨的衍射峰位置相近，但衍射峰变宽，强度减弱。
这是由于还原后，石墨片层尺寸更加缩小，晶体结构的完整性下降，无序度增加。
拉曼光谱常见问题汇总
拉曼光谱常见问题汇总(总16页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--拉曼光谱问题汇总问题目录一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的激光波长。
二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。
三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的，在获得的图里面有很强的荧光，有的说，如果拉曼得不到就用其荧光谱。
可我想问一下，在拉曼谱里面得到的荧光背景，是真正的荧光特征谱吗这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别四、什么是共焦显微拉曼光谱仪五、请问，测固体粉末的拉曼图谱时，对于荧光很强的物质，应该如何处理特别是当荧光将拉曼峰湮灭时，应该怎么办增加照射时间的方法，我试过，连续照射了4小时，结果还是有很强的荧光。
我只有一台532nm的激光器，所以更换激光波长的方法目前我不能用。
想问问各位，还有别的方法吗六、请问用激光拉曼仪能测量薄膜的厚度、折射率及应力吗它能对薄膜进行那些方面的测量呢七、拉曼做金属氧化物含量的下限是多少我有一几种氧化物的混合物，其中MoO3含量只有5%，XRD检测不到，拉曼可以吗八、小弟是刚涉足拉曼这个领域，主打生物医学方面。
实验中，发现温度不同时，拉曼好像也不一样。
不知到哪位能帮忙解释一下这个现象九、文献上说，拉曼的峰强与物质的浓度是成正比关系，那么比如我配置1mol/L的某溶液，和L的溶液，其峰强度是正好一半的关系吗应用拉曼，是否能采用峰积分，或者用近红外那样的多元统计的办法来定量吗准确度怎么样十、拉曼峰1640对应的是什么东西啊无机的十一、1 红外分析气体需要多高的分辨率 2 拉曼光谱仪是否可分析纯金属3 红外与拉曼联用，BRUKER和NICOLET哪个好些十二、我想请问一下这里的高手测定过渡金属络合物水溶液中金属与有机物中的某个原子是否成键可以用拉曼光谱分析吗十三、金红石和锐钛矿对紫外Raman的响应差别大不大同样条件下的金红石和锐钛矿的Raman峰会不会差很多十四、什么是3CCD十五、请教我所作的实验是用柠檬酸金属盐溶胶拉制成纤维，想做一下拉曼光谱来证明是否有线性分子的存在，可以吗十六、在测量拉曼光谱仪的灵敏度参数时，有人提出，单晶硅的三阶拉曼峰的强度跟硅分子的取向（什么111，100之类）的有关，使用不同取向的硅使用与其相匹配的激光照射时，其强度严重不一样，是这样吗不知道大家测量激光拉曼光谱仪的灵敏度时都是怎么测量的十七、请问如何进行拉曼光谱数据处理十八、拉曼系统自检具体是检测哪些硬件是个什么过程十九、请教作激光拉曼测试，样品如何预处理二十、请问激光拉曼光谱是什么意思二十一、请教喇曼谱实验时，如何选择激发波长，1064nm还是785nm或633nm 二十二、拉曼信号对入射角和出射角的响应又是什么样我的样品是有衬底支持的薄膜样品（膜厚几百纳米--几微米），怎样扣除衬底的影响二十三、微区拉曼和普通拉曼有区别吗，尤其在图谱上多晶，单晶和非晶拉曼有何区别二十四、我是做复合材料的研究的，主要是想研究纤维增强复合材料的界面性能二十五、学校有一套天津港东的拉曼光谱仪，计划给学生开一个测量固体（或粉末）拉曼光谱的实验。
实用干货丨解析常见碳材料的拉曼光谱`
1550 1540 1530 1520
0.8 1.0
G+ G-
Semiconducting
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4
Diameter (nm)
Metallic tubes: G-→LO & G+→TO Semiconducting tubes: G- →TO & G+ →LO
G- diameter dependence → TO circumferential
做计算 找华算
Raman Shift (cm-1)
1600 1590 1580 1570 1560 1550 1540 1530
TO LO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱG+ G-
Metallic
1600 1590
LO
1580 1570 1560
c. Illustration of the relationship between angles and the chiralities of
the adjacent edges.
做计算 找华算
当两相邻边缘的夹角是30°，90° 时，两边缘有不同的手性，一个是 armchair,一个是zigzag。
做计算 找华算
2D-BAND
层 数 依 赖 性
激发光能量依赖性
1. e excitation
2. e-phonon scattering
3. Phonon with opposite momentum 4. E-hole recombination
做计算 找华算
石墨的拉曼光谱
不同点不同偏振方向的 拉曼光谱 （a）完美石墨晶体 （b）有缺陷的石墨
第五章拉曼光谱
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5. 拉曼活性
当某个散射源，例如分子的某个振动模 k， 在入射光激发下，可以产生拉曼散射，则称该 振动模是拉曼活性的 。
? 拉曼活性的条件：振动 k的微商极化率不等于
零，即
a?k' ? 0
决定因素：体系的空间对称性 结论：拉曼的选择定则与空间对称性相关
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分子结构
电磁波与光学波的共振
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光波与横光学声子共振产生极化激元（ polariton ）
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极化激元的测量
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7.晶体的对称性与拉曼散射
(1)拉曼张量是否为零由晶体的对称性来决定
(2)凡是晶体对称性相同的晶体都具有相同数 目和对称性的拉曼振动模，而且一定的拉 曼张量形式就对应于拉曼实验一定的偏振 选择定则，即如果实验中的晶体是有固定 的空间取向的，那么几何配置不同的拉曼 光谱实验就会探测到不同对称性的拉曼振 动模。
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第三节 拉曼光谱的实验知识
一 几何配置（由Porto等人规定）
G1(G2G3)G4
其中： Gi用X，Y和Z表示。 G1和G4分别表示入射光 和散射光的传播方向， G2和 G3分别表示入射光 和散射光的偏振方向。
注：晶体的拉曼光谱实验，重要的是要选择好散射 实验的几何配置。原则上要想法设法只记录一 种对称类型的振动模的拉曼散射。
第三节拉曼光谱的实验知识20126847对称分子非对称分子介于0到34之间值越小分子对称性越高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第三节拉曼光谱的实验知识20126848与入射光能量不确定性有关的特性第三节拉曼光谱的实验知识拉曼散射获得的是原子或离子运动的非即时的时间的平均谱20126849与入射和散射光动量有关的特性动量守恒定律第三节拉曼光谱的实验知识对于固体中的晶格振动波即所谓声子入射光和散射光的能量改变可以忽略因此有k因此在背向散射时所测量的拉曼光谱是波矢近似为零的长波声子的光谱20126850四
拉曼光谱d峰和g峰
拉曼光谱的D峰和G峰是什么意思如今乘坐地铁，安检员直接把乘客带的水瓶放在一台仪器上检测，
而不再像过去要求喝一口来验证，这种仪器就是采用可以透过包装检测的拉曼光谱。
D-峰和G-峰均是C原子晶体的Raman特征峰，D-峰代表的是C
原子晶的缺陷，G-峰代表的是C原子sp2杂化的面内伸缩振动，I指强度。
固体物理里的解释是声子振动模I(D) / I(G) 是D-峰和G-峰的强度比，这个比值可以用来描述这两个峰的强度关系。
D-峰代表晶格的缺陷，所以这个值越大C原子晶体的缺陷比较多，要检测纯C元素的晶体结构无法用红外光谱，故使用Raman光谱。
红外光谱只能对具有红外活性的分子有强的吸收信号，所谓红外活性，是指偶极变化不为零，结构越对称的结构，那么偶极的变化就越小，比如C-C，C=C，C三C，O-O，N三N 等，这类同核双原子都是红
外非活性的。
因此在红外光盘上很难观测到这些同核双原子对的伸缩振动特征峰，红外活性弱的同核双原子对，其Raman活性会比较强，因此可以很容易在Raman光谱上检测到它们的Raman峰，这就是为什么要做Raman光谱的原因。
拉曼光谱d带和g带
拉曼光谱d带和g带拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，被广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
其中，D带和G带是拉曼光谱中常见的两个峰。
本文将对D带和G带的产生机制、应用以及相关领域的研究进展进行探讨。
首先，我们来了解一下D带和G带的起源和产生机制。
D带是由于晶格缺陷引起的一种光学声子激发，其峰位通常在约1350 cm^-1处。
这个峰位相对固定，因此可以用来判断晶格的完整性和纯度。
D带主要由碳原子的谐振运动引起，通常与材料的晶格缺陷、纯度、晶体结构等因素有关。
相比之下，G带是由于晶格上的原子振动引起的声子激发，其峰位通常在约1580 cm^-1处。
G带是由于碳原子的振动模式引起的，因此它通常与材料的晶体结构和晶格振动模式有关。
接下来，我们来讨论一下D带和G带的应用。
首先，D带和G带广泛应用于碳材料的表征与分析。
例如，石墨烯是近年来研究最为热门的材料之一，其拉曼光谱中的D带和G带可以用来评估其质量、层数、晶格缺陷等。
此外，D带和G带还可以用来研究纳米材料、二维材料、生物材料等领域。
在生物学研究中，D带和G带也可以用来分析有机分子的结构和生物分子的变化。
除了碳材料外，D带和G带还被广泛应用于能源材料的研究。
例如，锂离子电池材料中的石墨烯、硅材料等，其拉曼光谱中的D带和G带可以用来研究其结构和性能。
在太阳能电池领域，D带和G带可以用来分析有机太阳能电池材料中的结构和性能。
此外，D带和G带还被广泛应用于杂质和缺陷的探测。
例如，通过D带和G带的变化可以检测出晶格缺陷、杂质引入以及化学反应等。
通过分析D带和G带的峰位、宽度和强度等参数，可以获得有关材料的信息，进而优化材料的制备过程和改进材料的性能。
总结一下，D带和G带是拉曼光谱中常见的两个峰，其产生机制和应用十分广泛。
D带通常与材料的晶格缺陷和纯度有关，可以用来评估材料的质量和纯度。
而G带与材料的晶格结构和振动模式有关，可以用来研究材料的结构和性能。
D带和G带在碳材料、能源材料以及杂质和缺陷的探测等领域都有重要的应用价值。
炭材料的拉曼
炭素材料的拉曼光谱 (Raman spectrum of carbon materials)光通过介质后产生散射光；散射光的波数改变在10～4000cm-1范围内，这部分散射光所形成的光谱称为拉曼光谱。
l928年印度物理学家拉曼(C．V．Raman)首先用苯在实验上证实了这种散射的存在，因而得名。
前苏联物理学家兰茨贝格等在研究石英晶体的散射谱时也观察到这一现象。
20世纪60年代激光问世后，为拉曼技术提供了单色性、偏振性、方向性极好的强光源。
拉曼技术获得了迅速发展，成为材料科学研究中的重要手段之一。
在炭素材料的研究和鉴定中拉曼光谱的应用也日益广泛。
拉曼光谱的产生可用经典图像加以简单说明。
分子振动时各原子问的相对位置发生变化，其电极化率α可写成：(1)式中α0为原子在平衡位置时的电极化率，α1为电极化率随位置变化的部分，ν是原子简正振动频率。
在频率为v的外电场E的作用下，如外电场E的振动为：则分子感生的偶极矩P为：所以，感生偶极矩不但以外电场频率v振动产生弹性散射，而且频率振动产生非弹性散射，并在v的两侧对称分布。
这就是拉曼光谱。
同样，分子转动也可能产生频率改变的拉曼散射。
拉曼散射的频率与入射光频率之差叫拉曼位移，通常也称为拉曼光谱频率。
石墨具有六角碳网结构，网面内晶格振动具有拉曼活性。
这种振动称为E2g 型振动。
E2g型振动有两种E2g (1)和E2g(2).网面的相互振动，称为层面之间的剪切振动模式。
由于石墨网面之间的相互作用很弱，与这种振动相对应的拉曼谱频率很小，只为42cm-1。
E2g为石墨晶格网面内的伸缩振动，有时又称为高频面内振动模式。
这种振动较为强烈，在拉曼谱上对应的频率为l580cm。
结构良好的石墨晶体，在这一频率附近有一尖锐的特征峰，特称为G线或G 带，表征碳的sp2键结构。
结构完美的天然石墨的G线位于1575cm-1。
含有畸变结构的石墨微晶常常还有一条谱线在1350cm-1附近，称为D带。
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拉曼光谱d带和g带
拉曼光谱中的D带和G带是两个重要的特征峰，它们分别代表了不同的振动模式。
D带通常出现在1300cm-1左右的位置，其强度和形状可以反映出样品的结构和缺陷情况。
具体来说，D带的强度反映了样品中的缺陷、结构畸变和非晶部分的比例，而峰形和位置则与
C-C键和C=C键的屈曲模式、对称伸缩和非对称伸缩等振动相连，可以表征样品中的材料晶格结构、杂质和非晶部分的含量等信息。
G带是石墨材料中的一个典型拉曼峰，主要来自于材料中的sp2杂化碳原子和π电子的伸缩振动，通常出现在1600cm-1左右的位置。
在拉曼谱中，G带的强度和形状可以反映出样品的成层和拓扑结构，特别是石墨烯和石墨等二维碳材料中的性质。
具体来说，G带的强度反映了材料的层数和晶格的完整性，在石墨烯等单层结构中会出现明显的增强现象；而峰形和位置则与材料中的sp2碳原子的成键方式、晶格振动和光学性质等相关，可以表征样品的材料质量、晶格和能带结构等信息。
总的来说，拉曼光谱的D带和G带提供了样品结构和性质的丰富信息，是研究碳材料结构和性质的重要手段之一。