拉曼光谱
拉曼光谱
受光学系统参数等因素的影响
◆荧光散射现象会对拉曼光谱造成很大
的背景干扰。
4. 拉曼光谱的应用——宝石研究与鉴定
红宝石
蓝宝石
天然宝石和合成宝石的鉴定：
644
天然红宝石
合成红宝石
本图谱采用的是MiniRam微型近红外激光拉曼光谱仪,型号是BTRI11一785
拉曼光谱在其他领域的应用：
（1）拉曼光谱在化学研究中的应用 （2）拉曼光谱在高分子材料中的应用 (3)拉曼光谱技术在材料科学研究中的应用 (4)拉曼光谱在生物学研究中的应用 (5)拉曼光谱在中草药研究中的应用 (6)拉曼光谱技术在宝石研究中的应用
谢 谢！
3.3 Raman散射产生的条件―拉曼活性
★拉曼活性振动
ⅰ诱导偶极矩 = E ⅱ非极性基团，对称分子； 拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动
★红外活性振动
ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子； 红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带
CO2的振动：它有3n-5=4个基本振动
物质总量
拉曼光谱的优点和缺点：
◆拉曼散射信号弱 ►样品无需制备，不受样品形态限制； ►对样品无接触，无损伤；
（比荧光光谱平均小2－3数量级）
◆激光瑞利散射比拉曼信号强 （约1010－1014，对拉曼信号干扰很大） ◆不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易
►能适合黑色和含水样品；
►光谱成像快速、简便，分辨率高；
O=C=O
对称伸缩
偶极距不变无红外活性
O=C=O
反对称伸缩
偶极距变有红外活性 极化率不变无拉曼活性
极化率变有拉曼活性
3.4.拉曼光谱提供的物质的信息 拉曼频率的确认 物质的组成
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
• 拉曼光谱在化学研究中的应用
拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定和分 子相互作用的手段，它与红外光谱互为补充，可以鉴别特 殊的结构特征或特征基团。拉曼位移的大小、强度及拉曼 峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性， 拉曼光谱还可以作为分子异构体判断的依据。在无机化合 物中金属离子和配位体间的共价键常具有拉曼活性，由此 拉曼光谱可提供有关配位化合物的组成、结构和稳定性等 信息。另外，许多无机化合物具有多种晶型结构，它们具 有不同的拉曼活性，因此用拉曼光谱能测定和鉴别红外光 谱无法完成的无机化合物的晶型结构。
发展前景
• 激光技术 现在国际上推出的从事非线性光谱研究的超快(飞秒或皮 秒)激光器，技术上已经达到比较成熟地步，可以成套购 买，也较稳定。非线性拉曼光谱技术已经在生命科学领域 研究中发挥它的独特和重要作用。例如，美国哈佛大学的 谢晓亮教授在开拓并运用相干反斯托克斯拉曼光谱显微学 （CARS Microscopy）研究活细胞内部三维结构方面取得 一系列重要成果。高质量的超快激光器还推动了另一个极 具前途的表面光谱技术，就是合频（SFG）技术的发展， 它作为具有独特的界面选择性的非线性光谱方法，已经在 界面和表面科学、材料乃至生命领域研究中发挥着越来越 重要的作用。
拉曼光谱
• 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。最 常用的红外及拉曼光谱区域波长是 2.5~25μm。（中红外区）
拉曼光谱的应用 • 拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干 扰小等独特的优点，在化学、材料、物理、高分 子、生物、医药、地质等领域有广泛的应用。 • 通过对拉曼光谱的分析可以知道物质的振动转动 能级情况,从而可以鉴别物质,分析物质的性质. 例如：天然鸡血石和仿造鸡血石的拉曼光谱有本 质的区别,前者主要是地开石和辰砂的拉曼光谱,后 者主要是有机物的拉曼光谱,利用拉曼光谱可以区 别二者；鉴别毒品；利用拉曼光谱可以监测物质 的制备；监测水果表面残留的农药。 • 激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学 上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的 应用，在表面和薄膜方子对光子的一种非弹性散射效应。当用一定 频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和入射光 的频率相等。这种散射是分子对光子的一种弹性散射。只 有分子和光子间的碰撞为弹性碰撞，没有能量交换时，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。
拉曼光谱的原理
拉曼光谱的原理拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它可以通过分析物质与激发光发生的拉曼散射来获取样品的信息。
拉曼光谱的原理基于拉曼散射现象，即当光线与物质相互作用时，一部分光子的能量会改变，并且发生频率的变化，这种现象就是拉曼散射。
在拉曼光谱中，通过测量样品散射光的频率变化，可以得到样品的分子振动信息，从而实现对样品的分析和表征。
拉曼光谱的原理可以简单地理解为，当激发光与样品相互作用时，样品的分子会发生振动和旋转，从而导致散射光的频率发生变化。
这种频率变化可以被称为拉曼频移，它包含了样品分子的结构和化学键等信息。
通过测量拉曼频移，可以获取样品的拉曼光谱图谱，进而对样品进行分析和鉴定。
在实际应用中，拉曼光谱可以用于分析各种物质，包括固体、液体和气体等。
由于其非破坏性、快速、准确的特点，拉曼光谱在化学、生物、材料科学等领域得到了广泛的应用。
通过拉曼光谱技术，可以对样品的成分、结构、形貌等进行表征，为科学研究和工程应用提供了重要的信息。
拉曼光谱的原理是基于量子力学和电磁理论的基础上，通过对光与物质相互作用的微观过程进行分析和理解。
在实验中，通常会使用激光等单色光源来激发样品，然后通过光谱仪等设备来测量样品的散射光，从而得到拉曼光谱图谱。
通过对拉曼光谱图谱的分析，可以确定样品的成分、结构和性质，为科学研究和工程应用提供了重要的实验手段。
总之，拉曼光谱的原理是基于拉曼散射现象的物理过程，通过测量样品散射光的频率变化，可以获取样品的分子振动信息，从而实现对样品的分析和表征。
拉曼光谱技术具有非破坏性、快速、准确的特点，在化学、生物、材料科学等领域得到了广泛的应用，为科学研究和工程应用提供了重要的实验手段。
拉曼光谱 高分子
拉曼光谱高分子拉曼光谱是一种非常重要的分析技术，可用于研究物质的化学组成、结构和动力学等信息。
它是根据拉曼散射现象而建立的一种谱学分析方法。
拉曼散射是指光在物质中传播时，部分光被散射并且频率改变的现象。
这种频率差异反映了物质的振动模式，从而提供了关于物质的结构和化学成分的重要信息。
这种散射现象是在20世纪20年代首次被印度物理学家拉曼发现的，因此被称为拉曼散射。
拉曼光谱的主要原理是通过测量散射光的频率差异来获取样品的结构信息。
光谱仪通过激光器产生的单色光与样品相互作用，一部分光被散射出去，散射光与激光器产生的光具有不同的频率。
根据散射光的频率变化，可以得到样品中分子的振动模式，从而获得关于样品结构的信息。
高分子是拉曼光谱中常见的研究对象之一。
高分子材料的结构复杂，具有大量的伸缩、弯曲和转动等振动模式，因此其拉曼光谱可以提供丰富的结构信息。
例如，通过拉曼光谱可以确定高分子链的取向、晶体结构以及分子间的相互作用等重要参数。
此外，拉曼光谱还可以用来研究高分子材料的构象变化、聚合度以及不同光化学反应等。
在实际应用中，拉曼光谱技术已经广泛用于高分子材料的表征和分析。
通过拉曼光谱，可以非破坏性地检测和鉴定高分子材料，评估其质量和纯度。
例如，拉曼光谱可以用来检测高分子材料中的杂质、探测聚合物的缺陷以及分析高分子薄膜的厚度等。
此外，拉曼光谱还可以用来研究高分子材料的分子动力学行为，例如聚合反应的动力学过程、高分子的自组装行为等。
值得注意的是，拉曼光谱不仅可以用于研究固态高分子材料，还可以应用于液态和气态样品的分析。
对于高分子溶液和微小颗粒的分析，拉曼光谱有着特殊的优势。
通过拉曼光谱，可以实现对高分子溶液中单个分子的探测，并且可以通过采集多个光谱，来研究高分子在不同环境和温度条件下的行为。
综上所述，拉曼光谱是一种非常重要的高分子分析技术。
通过测量拉曼散射光的频率差异，可以获取样品的结构信息。
在高分子领域，拉曼光谱可以用来研究高分子的结构、动力学、微观行为等。
拉曼光谱和荧光光谱的区别
拉曼光谱和荧光光谱的区别拉曼光谱和荧光光谱是分析物质结构和特性的重要手段，在光谱学领域具有广泛的应用。
尽管两者都属于光谱技术，但它们在原理和应用方面存在一些显著的区别。
以下是拉曼光谱和荧光光谱的区别：一、原理1. 拉曼光谱：拉曼光谱是指当物质受到激发光源照射时，分子通过与光子相互作用而发生的散射现象。
在拉曼散射中，被测物质中的分子在与入射光相互作用后，其散射光的频率会发生微弱的变化。
这种频率变化被称为拉曼位移，可以提供关于物质的结构和化学成分的信息。
2. 荧光光谱：荧光光谱是指物质受到激发光照射后，在激发能级上的电子跃迁到低能级并发射光子的过程。
荧光光谱的特点是物质吸收能量后会发射出具有较长波长的光。
物质的荧光光谱可以提供关于物质的结构、浓度和环境等信息。
二、激发方式1. 拉曼光谱：拉曼光谱的激发方式通常采用单色激光束进行。
入射的单色光可以通过光栅或干涉仪进行分光，以获得更高的分辨率和更准确的谱线信息。
2. 荧光光谱：荧光光谱的激发方式通常是使用紫外线或可见光照射样品。
被激发的样品会吸收能量并发射出具有较长波长的荧光光。
三、检测方法1. 拉曼光谱：拉曼光谱通常采用光散射的方式进行检测。
被测样品散射的光经过分光装置后，由光谱仪进行检测和记录。
2. 荧光光谱：荧光光谱的检测通常采用荧光光谱仪进行。
荧光光谱仪具有一个激发源、一个样品舱和一个探测器，用于检测样品发射的荧光光。
四、应用领域1. 拉曼光谱：拉曼光谱广泛应用于材料科学、生物化学、环境监测等领域。
它可以用于分析化学物质、溶液中的有机化合物、无机物等，以及表面增强拉曼光谱和显微拉曼光谱等高级技术。
2. 荧光光谱：荧光光谱在生物医学、光电子学、环境监测等领域得到广泛应用。
例如，荧光光谱可以用于分析药物、检测环境中的有毒物质、研究生物分子的相互作用等。
综上所述，拉曼光谱和荧光光谱在原理、激发方式、检测方法和应用领域上都存在一定的差异。
这些光谱技术在不同领域的研究和应用中发挥着重要的作用，为我们深入了解物质的结构和性质提供了有力的工具。
--拉曼光谱简介
反斯托克斯线 h(v0+v1)
(v0+v1)
v=1 hv1
v=0
3
拉曼光谱的基本原理
Raman spectrum of CCl4
处于基态的分子总是占绝大多数，所以斯托克斯线强度远远高于反斯托克斯线 强度。斯托克斯线与反斯托克斯线的强度比可用这样一个式子表示：
I反斯托克斯
/ I斯托克斯
(0 (0
Raman Intensity
Over-The-Counter Tablet, 785 laser
0
3000
2500
2000
1500
1000
500
Raman shift (cm-1)
31
Highly fluorescent sample:Poly(9-vinylcarbazole)
32
镜头的选择
FT-IR Transmission Spectrum
80 60 40 20
4 Raman Spectrum
3 2 1
4000
3000
2000
1000
9
项目
红外光谱
拉曼光谱
分子结构与光 谱活性
分子结构测定 范围
测试对象与品 种
极性分子及基团通常是红 非极性分子及基团通常是
外活性的
拉曼活性的
适于分子端基的测定
50 0 -0
Hale Waihona Puke 1 4001 200
1 000 cm-1
8 00
6 00
30 25 20 15 10 5 0
24
10 micron depth
Raman Intensity
17 micron depth
拉曼光谱
局限：不适于有荧光产生的样品 解决方案：改变激光的激发波长，尝试 FT-Raman光谱仪
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
材料的组成
MoS2, MoO3
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
加压/拉伸状态
晶体的对称性和 取向
每1%的应变，Si产生1 cm-1 Raman 位移
（3）激光是偏振光，测量偏振度比较容易。
试验设备和实验技术
2. 制样技术及放置方式
激光拉曼散射光谱法
拉曼实验用的样品主要是溶液（以水溶液为主），固体（包括纤维）。
为了有效收集从小体积
发出的拉曼辐射，多采 用一个90度（较通常） 或180度的试样光学系 统。
多重反射槽
各种形态样品在拉曼光谱仪中放置方法
激光拉曼光谱
当波数为νo的单色光入射到介质上时，除了被介质吸 收、反射和透射外，总会有一部分光被散射。按散射光 相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为三类： 第一类，波数基本不变或变化小于10-5cm-1，称为瑞利 散射 第二类，波数变化大约为0.1cm-1，称为布里渊散射 第三类，波数变化大于lcm-1的散射，称为拉曼散射 从散射光的强度看，瑞利散射最强，拉曼散射光最弱 拉曼散射现象是印度物理学家拉曼(C.V.Raman)1928年 发现
• 由Stokes、反Stokes线的强度比可以测定样品体系的温 度。 显微拉曼的空间分辨率很高，为1mm。 时间 分辨测定可以跟踪10-12s量级的动态反应过程。
• 利用共振拉曼、表面增强拉曼可以提高测定灵敏度。 不足之处：激光光源可能破坏样品；荧光性样品测定一 般不适用，需改用近红外激光激发等等。
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4 操作及注意事项
9. 点击程序的单一扫描(Single Scan)键收集样品的拉曼光谱，并点击(SAVE
2016
DATA)键保存数据，或者点击(SAVE GRAPH)键保存图表数据。 10. 扫描其他样品光谱时，可以直接更换样品，然后点击单一扫描（Single Scan)建来获得其他样品的光谱，无需重新扫描暗电流的参考数据，除非周围环 境发生了改变。 11. 关闭系统程序，首先逆时针旋转激光的锁式开关来关闭激光源，然后再点 击（EXIT）键退出拉曼分析软件，关闭电脑。 注意事项：打开激光开关后，Laser指示灯会延迟亮起，此刻已经产生激光束， 请勿直接目击激光输出端口，和拉曼探头的顶端。
16
4 操作及注意事项
2016
17
谢谢观赏
与此同时，前苏联兰茨 堡格和曼德尔斯塔报导 在石英晶体中发现了类 似的现象，即由光学声 子引起的拉曼散射，称 之谓并合散射。
1960年以后，激光技术 的发展使拉曼技术得以 复兴。由于激光束的高 亮度、方向性和偏振性 等优点，成为拉曼光谱 的理想光源。
1928-1940年拉曼光谱成 为研究分子结构的主要 手段。
便携式拉曼光谱仪仪器以其结构简单、操作简便、测量快速高效准确，以低波 数测量能力著称；采用共焦光路设计以获得更高分辨率，2可01对6 样品表面进行um级的 微区检测，也可用此进行显微影像测量，因此被广泛应用于科研院所、高等院校物 理和化学实验室、生物及医学领域等光学方面，可研究物质成分的判定与确认；可 以应用于石油产品的快速分类和成分定性定量分析；地质勘探的现场分析研究等。
6
2 拉曼光谱的基本原理
2014
散射光与入射光之间的频率差 2v0称16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。拉曼位移 取决于分子振动能及的变化，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。
操作及注意事项
4 操作及注意事项
1.将拉曼分析仪器通过USB线连接电脑。 2.打开电脑拉曼软件Raman Analyzer，顺时针方向旋转激光锁式开关打开激光，预热 半个小时。 3.将测定样品（液体）放入玻璃瓶，或者样品（固体）垫上。 4.关掉房间的灯或者使样品处于黑暗环境中。 5.设置测试参数：积分时间和平均参数，调整激光功率，点击程序的暗电流扫描 (Dark Scan)键来收集暗电流参考数据。 6. 弹出参数提示对话框，单击OK接受默认值。点击保存(Save)键来保存参考数据。 7. 将放入样品的玻璃瓶或样品垫放入液体或固体装样装置中，并继续保持暗环境。 8. 移动探测器的尖端使之与样品瓶的间距为2mm，或者正确的将探测器的前端插入 装样装置的探测孔。
➢ 高度集成，轻巧便捷，携带方便。 ➢ 界面简洁，操作方便，快速完成。 ➢ 性能从优，准确度高，快速检测。 ➢ 现场检测，专业实用，快速判断。 ➢ 开放式数据库，大小样品均可进行无损检测。 ➢ 液体、片剂、粉末，无需要制样，能进行不开封无损检测，同时可用探头
对大样品及不方便移动的样品进行原位检测
13
拉曼光谱
报告人：刘苏港
2019/12/18
目录
CONTENTS
1 发展历程 2 拉曼光谱基本原理 3 便携式拉曼光谱仪 4 操作及注意事项
发展历程
1 发展历程
1928年印度物理学家 C.V.Raman首次发现拉曼 散射效应并荣获1930年 的诺贝尔物理学奖。
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。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。
随着激光技术和纳米科 技的迅猛发展，最近几 年拉曼光谱技术越来越 成熟，市场需求呈现强 劲增长趋势。
4
拉曼光谱的基本原理
2 拉曼光谱的基本原理
2014
当一束频率为v0的单色光照ຫໍສະໝຸດ 201射6 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 方向发生散射，而光的频率仍与 激发光的频率相同，这种散射称 为瑞利散射；约占总散射光强度 的 10-6～10-10的散射，不仅改变 了光的传播方向，而且散射光的 频率也改变了，不同于激发光的 频率，称为拉曼散射。
11
3 便携式拉曼光谱仪的应用
用于食品成分的“ 证实”，以及掺杂 物的“证伪”
食品领域
鉴定
油品的快速分类、 石油产品成分组成 、监控油品的在线 调节等。
石油领域
环境保护
毒品检测；珠宝鉴 定、古物古玩鉴定、 公安刑事鉴定等其 他领域。
环保部门水质污染 监测、表面污染检 测和其他有机污染 物
12
3 便携式拉曼光谱仪的特点
7
2 拉曼光谱的基本原理
2014
2016
8
2 拉曼光谱与红外光谱比较
拉曼光谱
2016
红外光谱
光谱范围40-4000CM-1
光谱范围400-4000CM-1
水可做溶剂
水不能作溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器中直接测定
不能用玻璃容器测定
固体样品可直接测定
需要研磨成KBR压片
9
便携式拉曼光谱仪
3 便携式拉曼光谱仪介绍