Ram_拉曼光谱
激光共聚焦拉曼光谱仪(raman)的工作原理及应用优势
激光共聚焦拉曼光谱仪(raman)的工作原理及应用优势
激光共聚焦拉曼光谱仪（Raman spectroscopy）利用拉曼散射现象来获得样品的信息。
其工作原理如下：
激光激发：激光光源照射在样品上，激发样品中的分子振动和转动。
拉曼散射：样品中的分子在受到激光激发后，会发生拉曼散射。
在这个过程中，一部分光子的能量被转移给样品分子，使得散射光子的能量发生改变，这种能量变化对应于样品分子的振动和转动能级差。
光谱测量：拉曼散射光子的能量变化被测量，生成拉曼光谱。
这个光谱提供了关于样品分子的结构、化学成分、晶体结构等信息。
激光共聚焦拉曼光谱仪的应用优势包括：
非破坏性分析：拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，可以直接对样品进行测试而无需破坏样品。
高灵敏度：拉曼光谱可以检测到样品中的微量成分，具有很高的灵敏度。
高空间分辨率：激光共聚焦技术结合在一起，可以提供高空间分辨率的拉曼光谱图像，对微区域样品的分析提供了可能。
无需或简化样品准备：拉曼光谱不需要复杂的样品准备过程，对样品的要求相对较低，可以节省时间和成本。
多领域应用：拉曼光谱在材料科学、药物研发、生命科学、环境监测等领域都有广泛应用，可以用于分析固体、液体、气体等不同类型的样品。
总的来说，激光共聚焦拉曼光谱仪因其非破坏性、高灵敏度、高空间分辨率等优势，在科学研究和工业领域具有重要的应用价值。
第八讲分子振动光谱之拉曼Raman.PPT
（五）拉曼光谱图常规分析方法
➢ 凡不引起分子偶极矩改变的振动是非红外活
性的振动，不能形成振动吸收，使红外光谱 的应用受到一定程度的限制。
➢ 但是这些红外非活性的振动信息可以通过拉
曼光谱来获得。故拉曼光谱常作为红外光谱 分析的补充技术，俗称“姐妹光谱”。
拉曼散射是与入射光电场E所引起的分子极化的
诱导偶极矩有关。
拉曼散射的发生必须在有相应极化率α的变化
时才能实现，这是和红外光谱所不同的。 在红外光谱中检测不出的谱线，可以在拉曼光
谱中得到，使得两种光谱成相互补充的谱线。
在激光拉曼光谱中有一个重要参数即退偏振
比ρ（也可称为去偏振度）。 退偏振比ρ对确定分子的对称性很有用。 退偏振比ρ定义为：
的跃迁能级有关的频率是ν1，那么分子从低能级 跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1，而散 射光子的能量要降低到hν0-hν1，频率降低为ν0ν1。
（2）分子处于振动的激发态上，并且在与光
子相碰时可以把hν1的能量传给光子，形成一条能 量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。
➢通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯
此外，络合物中金属-配位体键的振动频率一 般都在100~700 cm-1以范围内，用红外光谱研究比 较困难。然而这些键的振动常具有拉曼活性，且在 上述范围内的拉曼谱带易于观测，因此适合于对络 合物的组成、结构和稳定性等方面进行研究。
图 各种碳材料的拉曼光谱
傅里叶变换拉曼光谱是陶瓷工业中快速而有效的 测量技术。陶瓷工业中常用原料如高岭土、多水高岭 土、地开石和珍珠陶土，它们都有各自的特征谱带， 而且拉曼光谱比红外光谱更具特征性。
拉曼光谱
4.斯托克斯线强度比反斯托克斯线强；
拉曼光谱仪
拉曼光谱仪的基本结构
1．光源 它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。 2．外光路 外光路部分包括聚光、集光、样品架、滤光和偏振等部件。 3．色散系统 色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开，通常使用单色仪。 4．接收系统 拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。光电倍增管 接收就是单通道接收。 5．信息处理与显示 为了提取拉曼散射信息，常用的电子学处理方法是直流放大、选频 和光子计数，然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。
拉曼光谱图
拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以波数 表示纵坐标为拉曼光强。由于拉曼位移与 激发光无关，一般仅用Stokes位移部分。对 发荧光的分子，有时用反Stokes位移。
拉曼光谱的信息
拉曼频率 的确认 物质的组成
parallel
拉曼偏振
perpendicular
晶体对称性和取 向
拉曼峰宽晶体质量好 坏 Nhomakorabea拉曼峰强 度
物质总量
拉曼光谱的特征
1. 对不同物质Raman 位移不同； 2.对同一物质 (
v v s v0 , v s 和 v0分别为斯托克斯
位移和入射光波数) 与入射光频率无关；是表征分子振-转能级 的特征物理量；是定性与结构分析的依据；
3.拉曼线对称地发布在瑞利线两侧，长波一侧为斯托克斯线，
拉曼光谱法优势
对样品无接触，无损伤；样品无需 制备 适合黑色和含水样品，试样量少
光谱成像快速、简便，分辨率高
一次可同时覆盖50-4000cm-1波数的 区间 仪器稳固，维护成本低，使用简单
拉曼光谱法的不足
拉曼散射信号弱
raman光谱的基本原理
raman光谱的基本原理拉曼光谱（Ramanspectra），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。
扩展资料：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。
分子总能量可近似为这些运动的能量之和，分别是分子的平动能、振动能、转动能和电子运动能。
除平动能外，其余三项都是量子化的，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，每个电子能级又有不同的振动能级。
而每个振动能级又有不同的转动能级。
一定波长的电磁波作用于分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸收光谱。
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。
近红外区伴随的是X-H或多键振动的倍频和合频。
拉曼散射：拉曼散射是分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。
raman拉曼光谱 532mm
raman拉曼光谱 532mm
Raman（拉曼）光谱是一种分析技术，用于研究分子的结构、化学成分和分子振动信息。
它基于拉曼散射现象，当光线与物质相互作用时，一部分光子会获得或失去能量，从而改变其频率和波长，这种频率或波长的变化被称为拉曼散射。
Raman光谱通过测量物质对入射光的散射光进行分析，得到与分子振动和结构相关的信息。
532nm是532纳米的波长，表示激光器输出的光线波长为532纳米。
在Raman光谱中，常用的波长包括532nm、785nm 和1064nm等。
对于532nm的激光，它具有较高的能量，适用于一些样品较浓缩的情况，例如固体样品或内部吸收较高的液体样品。
这是因为激光的能量足够大，可以克服样品的吸收和散射的影响，从而获得较高的信号强度。
使用532nm的激光进行拉曼光谱分析时，需要注意激光功率的选择和样品的适应性。
对于敏感的样品或需保护的样品，需要适当降低激光功率以防止样品的受损。
Raman拉曼光谱知识讲解
• 斯托克斯线和反斯托克斯线对 应，完全对称地分布于瑞利线 两侧。
• 反斯托克斯线比斯托克斯线弱 得多,一般记录的拉曼光谱只取 斯托克斯线,且略去负号.
四氯化碳的部分拉曼光谱图 激光器辐射波长l0 = 488 nm
拉曼位移 (Raman shift)
散射光频率与激发光频率之差： = |0 – s|
样品分子中的电子首先被一
个频率为0的光子激发至受
激虚态(准激发态,不稳定), 当电子从虚态跃迁回基态时
,将发射频率为的光子.
分子的散射能级图
h0
h0
受激 虚态
h(0-△) h(0+△)
瑞利散射：
h0
光子与分子间无能量交换
瑞利线 = 0
h0
h0
拉曼散射： ●分子由基态跃迁到激发态
Stokes线
斯托克斯线 = 0-△
于瑞利线的位移表示的拉曼光谱
h0
波数与红外光谱的波数相一致。
入射
散射
h
h
E1
红外吸收 拉曼散射
E0
拉曼光谱与红外光谱
同
同属分子振(转)动光谱
异红：外红：外适用于分研子究对不同红原外子光的的极性吸键收振动 －O强H,度－由C分＝子O，偶－极C距－决X定
拉异曼：：拉适曼用于分研子究同对原激子光的非的极散性射键振动 －N－强N度－由, －分C子－C极－化，率C决＝定C
■ 是衡量分子在电场作用下发生极化的难易程度 ■ 分子中两原子距离最大时， 也最大 ■ 只有引起极化率变化的分子振动才产生拉曼散射(光谱选律) ■ 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
三、拉曼光谱图与拉曼位移
拉曼光谱图以散射强度为纵
拉曼光谱
拉曼光谱(RAMAN SPECTRA)的原理（续）
Mid IR Stokes Raman Rayleigh Anti-Stokes Raman Fluorescence
红外 斯托克斯拉曼
瑞利散射 反斯托克斯拉曼
荧光
Real States 真实能级
Virtual State 虚能级
Vibrational States 振动能级 i
的研究员充满吸引力。
拉曼光谱仪的主要厂商及相关仪器
美国PerkinElmer公司的RamanStation 400系列拉曼光 谱仪
全球唯一的运用中阶梯光栅及二维面阵CCD 检测器组合成的二维色散型拉曼光谱仪，集 中了宽波段，高分辨率及检测速度快等特点， 摒弃了传统的获取高分辨率图谱所惯用的多 次测量不同谱带再进行拼接的方法，可在一 秒钟内获取覆盖整个波段的高分辨率拉曼图 谱。 分光系统采用中阶梯光栅技术，不含任何可 移动元件，保证系统的高度稳定性 高灵敏度二维CCD检测器，使得整个波段的 数据同时获取，避免了光谱失真 采用超稳定785nm的激光光源，减弱了荧光 背景的产生。
拉曼光谱(RAMAN SPECTRA)的原理（续）
设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。 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。
拉曼光谱
分析技术
种类
优点
不足
几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术 拉曼光谱2、以CCD为代表的多通道探测器的拉曼光谱分析技术 3、采用傅立叶变换技术的FT-Raman光谱分析技术 4、共振拉曼光谱分析技术 5、表面增强拉曼效应分析技术 拉曼光谱用于分析的优点和缺点
1、拉曼光谱用于分析的优点
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分,非弹性散射的散 射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。
拉曼光谱－原理 拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级 (点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应:
相关信息
电化学原位拉曼光谱法,是利用物质分子对入射光所产生的频率发生较大变化的散射现象,将单色入射光(包 括圆偏振光和线偏振光)激发受电极电位调制的电极表面,通过测定散射回来的拉曼光谱信号(频率、强度和偏振 性能的变化)与电极电位或电流强度等的变化关系。一般物质分子的拉曼光谱很微弱,为了获得增强的信号,可采 用电极表面粗化的办法,可以得到强度高104-107倍的表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)光谱,当具有共振拉曼效应的分子吸附在粗化的电极表面时,得到的是表面增强共振拉曼散射(SERRS)光谱, 其强度又能增强102-103。
拉曼光谱的分析方法不需要对样品进行前处理，也没有样品的制备过程，避免了一些误差的产生，并且在分 析过程中操作简便，测定时间短，灵敏度高等优点。
2、拉曼光谱用于分析的不足 (1)拉曼散射面积 (2)不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响 (3)荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰 (4)在进行傅立叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线性的问题 (5)任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染，这等于引入了一些误差的可能性，会对分析 的结果产生一定的影响。
raman光谱原理
raman光谱原理
Raman光谱原理是一种非常重要的光谱分析技术，它基于拉曼散射效应，可用于分析和鉴定各种物质。
下面将Raman光谱原理分为三部分进行介绍。
一、拉曼散射效应
拉曼散射效应是指当光线通过物质时，由于分子的振动、转动和晶格结构等原因，光子与物质相互作用，撞击到物质后被散射并且频率发生改变。
当被散射的光子频率发生改变时，我们就称之为拉曼散射。
二、拉曼光谱的生成
当输入光源（如激光）以一个特定频率的光子射到物质上时，部分光子将与分子相互作用并散射。
不同于传统的光谱技术，拉曼光谱测定的是在样品中的原子所吸收的光子的反向散射光，散射光的波长会因分子振动、旋转和晶格结构而发生改变，从而生成一条带有特征峰的拉曼光谱。
这些峰表示分子振动频率的集合，可以用于分析物质的结构和化学组成。
三、拉曼光谱的应用
拉曼光谱是一种高效的非破坏性分析方法。
它可以用于分析和鉴定各种物质，如无机化合物、有机分子、大分子、晶体等。
拉曼光谱在很多领域都有广泛的应用，如药品的质量控制、生物分子分析、环境监测、材料科学等。
总结来说，Raman光谱原理是非常有用的光谱分析技术，基于拉曼散射效应，它可以用于分析和鉴定各种物质。
拉曼光谱在各种领域都有着广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
干货全方位看懂拉曼光谱
⼲货全⽅位看懂拉曼光谱拉曼光谱（Raman spectra）以印度科学家C.V.拉曼（Raman）命名，是⼀种分⼦结构检测⼿段。
拉曼光谱是散射光谱，通过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。
以横坐标表⽰拉曼频移，纵坐标表⽰拉曼光强，与红外光谱互补，可⽤来分析分⼦间键能的相关信息。
图1：印度科学家拉曼⼀、拉曼光谱原理拉曼效应：起源于分⼦振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分⼦振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。
拉曼效应是光⼦与光学⽀声⼦相互作⽤的结果。
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分,⾮弹性散射的散射光有⽐激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应。
图2：拉曼散射⽰意图物质与光的相对作⽤分为三种：反射，散射和透射。
根据这三种情况，衍⽣出相对应的光谱检测⽅法：发射光谱（原⼦发射光谱（AES）、原⼦荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分⼦荧光光谱法（MFS）等），吸收光谱（紫外－可见光法（UV-Vis）、原⼦吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）等），联合散射光谱（拉曼散射光谱（Raman））。
拉曼光谱应运⽽⽣。
相对作⽤光谱类型实际应⽤反射发射光谱原⼦发射光谱（AES）、原⼦荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分⼦荧光光谱法（MFS）散射吸收光谱紫外－可见光法（UV-Vis）、原⼦吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）透射联合散射光谱拉曼散射光谱（Raman）表1：光谱种类区分表拉曼频移（Raman shift）：拉曼光谱的横坐标称作拉曼频移。
拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的频率之差值称拉曼频移（Raman shift）：Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。
Raman(拉曼)光谱
光栅，多单色器； 检测器：
光电倍增管， 光子计数器；
傅立叶变换-拉曼光谱仪
FT-Raman spectroscopy 光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064m）； 检测器：高灵敏度的铟镓砷探头； 特点： （1）避免了荧光干扰； （2）精度高； （3）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。
的谱带称为退偏振谱带，表示分子对称振
动模式较低。
三、 仪器结构与原理
高压电源
凹面镜 样品
单色仪
光电倍增管
驱动电路
光子计数器
激 光 器
计算机
显示器
仪器组成
激光拉曼光谱仪的基本组成有激光光源，样品 室，单色器，检测记录系统和计算机五大部分。
拉曼光谱仪中最常用的是He~Ne气体激光器。
其输出激光波长为6328埃，功率在100mW以下。
拉曼散射效应的进展：
拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发 现的，本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。
1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。 这是因为可见光分光技术和照相感光技术已经发展起来的缘故；
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；
红外光谱与Raman光谱比较
③ 两者间的联系
可用经验规则来判断分子的红外或拉曼活性： a 相互排斥规则：凡有对称中心的分子，若有拉
曼活性，则红外是非活性的；若红外活性，则 拉曼非活性。 b 相互允许规则：凡无对称中心的分子，大多数 的分子，红外和拉曼都活性。 c 相互禁止规则：少数分子的振动，既非拉曼活性， 又非红外活性。
Raman拉曼光谱--ppt课件
20世纪60年代起,随着激光技术的飞速发展,引 入新型激光作为激发光源,使得拉曼光谱技术
获得迅速发展(激光拉曼光谱).
相继出现了一些新的拉曼光谱技术,如共振拉 曼光谱法,表面增强拉曼光谱法,非线性拉曼 光谱法,快速扫描拉曼光谱法等.目前拉曼光 谱技术已在化学化工,半导体电子,聚合物,生 物医学,环境科学等各领域得到广泛应用.
● C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
● 醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常 数或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差 2单位。 III.与C-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
ppt课件
26
举例1：
C-H弯曲
ppt课件
27
举例2：乙炔的红外和拉曼光谱
Asymmetric C-H Stretch
ppt课件
15
第四节 拉曼光谱与红外光谱的比较
拉曼光谱与红外光谱均起源于分子的振动和转动。但产生两种 光谱的机理有本质的区别。红外光谱是分子对红外光源的吸收 所产生的光谱，拉曼光谱是分子对可见光（在FT-Raman中可 选用近红外光）的散射所产生的光谱。
同一振动模的拉曼位移和红外吸 收光谱的频率是一致的。用相对 于瑞利线的位移表示的拉曼光谱 波数与红外光谱的波数相一致。
瑞利散射: 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；频率不发生改变 的辐射散射(u=u0)；强度与l0的四次方成反比
拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； 频率发生改变的辐射散射(u=u0△u)
ppt课件
光的 散射
8
光的散射
λ
拉
曼
λ
增 大
减 小
λ
散 射
变
样 透过光λ不变
Raman(拉曼)光谱原理和图解
数字化显微共焦系统专利技术
优势 5. 数字化显微共焦系统专利技术
受专利保护的最新的显微共焦系统技术，无需 调节针孔，并可连续调节共焦深度，大大提高 了仪器的光通量和稳定性。
数字化显微共焦系统专利技术
共焦原理 • Non-confocal
• Confocal
数字化显微共焦系统专利技术
实现共焦的两种方式
高稳定性、高重复性 圆形编码器控制的光栅转动台
– 技术
• 直接测量转动角度，同时编码器精 密伺服控制其转动，而非采用计量 马达转过多少圈的办法 • 确保光栅转动的精确性和重复性。
*grating and wavelength dependent
高重复性、高稳定性
800 600
Counts
400
Step 2 Step 1
拉曼测量的是什么？
Mid IR 红外
Real States 真实能级 Virtual State 虚能级
Stokes Raman 斯托克斯拉曼
Rayleigh 瑞利散射
Anti-Stokes Raman 反斯托克斯拉曼
Fluorescence 荧光
Vibrational States 振动能级 i 动重复性实验 – 某条原子发射线随光栅24小时转动 的位置重复性实验结果 – 细节; • 间隔30分钟的抖动是由于室内 空调的启动与关闭引起的 • 凌晨2点钟时的最大偏差是由外 部环境空气温度最低造成的 • 尽管是在温差较大的办公室环 境（而非温度控制的实验室环 境） 最大偏离也不过0.06 cm-1
同步连续扫描专利技术 同步连续扫描（SynchroScan）
• 技术
– 光栅连续转动 – CCD电荷的移动与光栅的转动同步
拉曼(Raman)光谱2000
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
极化率变有拉曼活性 极化率不变无拉曼活性
三、Raman光谱仪结构
1. 色散型激光Raman光谱仪
结 构 框 图
● 机
记录仪
结 构 示 意 图
●
● 主要组件
1. 激光器：
Raman光谱仪通常采用连续波气体激光器,它们的单色性和
狭缝，即可得到指定微区的Raman光谱.
结构特点:
光学显微镜:局部放大
自动移动平台:便于微区分析 高低温控制系统:可在77~573K范围内实现在线测量 激光器: He-Ne激光器( 632.8nm ) Ke+激光器( 532nm)
五、Raman光谱的特点及应用 主要特点:
快速分析、鉴别各种无机、有机、生物材料的结构
0
Q Q 0
(3) (4)
其中
Q A exp[i(2vt q r )]
将(2)、(3)、(4)式代入(1)式可得：
P E0i exp[i(2 i t ki r )] Q
对任何分子可粗略地用下面的原则来判断其拉曼或红外活性：
相互排斥规则：凡具有对称中心的分子，若其分子振动对
拉曼是活性的，则其红外就是非活性的。反之，若对红外
是活性的，则对拉曼就是非活性的。
相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，则可能有一些 振动对Raman和红外都是活性的。
相互禁阻规则：对于少数分子振动，其红外和拉曼光谱都 是非活性的。
瑞利散射 反stokes散射
Raman_拉曼光谱原理及应用
高分子聚合物
Confocal Raman mapped image generated from two different spectral bands observed in the polymer matrix. The software is used to overlay the two component maps, green and blue.
拉曼光谱成像方法
Point by point illumination : Sample rastering in x and y
Grating
Sample on XY motorisedห้องสมุดไป่ตู้stage
Detector Spectral image
Only one point of the sample is illuminated by the laser and the corresponding spectrum is recorded - takes full advantage of confocal filtering
550
Raman Shift (cm-1)
光谱分辨率
吉林大学样品
7 000
红色：分辨率(2cm-C1a)模CO式3-1800 兰色：高分辨率(0.6C5aCcmO-31-)6模00式
6 000
5 000
CaCO3-1800 CaCO3-600
Intensity (cnt)
4 000
3 000
2 000
•瑞 利 滤 光 片 （ 去 除 瑞 利 散 射 光 －颜色不发生改变的光）
•光谱仪和探测器 一般为单光栅光谱仪和CCD探测器
几个拉曼实验中的重要因素
拉曼光谱
拉曼光谱(RAMAN SPECTRA)的原理
拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此 从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级) 与转动能级结构的知识。用能级概念可以说明了拉曼 效应:
1960年以后，激发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。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低， 目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到 了广泛的应用，越来越受研究者的重视。
拉曼光谱与红外光谱的比较
相同点
产生机理
入射光 检测光 谱带范围
拉曼光谱 RAMAN SPECTRA
提纲
定义 原理 应用 拉曼光谱与红外光谱的比较 拉曼光谱的优、缺点 拉曼光谱仪结构 拉曼光谱仪主要厂商其相关仪器 拉曼光谱仪的基本参数 表面增强共振拉曼光谱 傅里叶变换技术
拉曼光谱(RAMAN SPECTRA)的定义
拉曼光谱(Raman spectra)，是一种散射光谱。 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射，
水 样品测试装置
制样 相互关系
解析要素
信号
检测定位
拉曼光谱
红外光谱
给定基团的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，两者均在红外光区，都 反映分子的结构信息。
电子云分布瞬间极化产生诱导偶极
振动引起偶极矩或电荷分布 变化
可见光
红外光
可见光的散射
红外光的吸收
40-4000cm-1 可做溶剂
400-4000cm-1 不能作为溶剂
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
12
解:
=1307
12 16
=1725 (cm-1)
12 16
当分子吸收红外光发生跃迁时要满足一定的选律，即振动能级是量子化的，可能存在的能级要满足下式： E=(V+1/2)h
式中h为普朗克常数，为振动频率，V为振动量子数(0、1、2……),振动能级不止一种激发态。
势能
V=2 V=1 V=0
r/A0 双原子分子势能曲线
常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=O。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带较强，叫基频或基峰。
也有从基态跃迁到第二激发态甚至第三激发态，V0V2或V0V3的跃迁产生的吸收带依次减弱，叫倍频吸收，用21等表示。
3.2.2 分子振动与红外光谱 N个原子组成的分子，每个原子在空间的位置要有三个坐标，由N个原子组成的分子就需要3N个坐标，也就是有3N个运动自由度。
( cm-1)=1/λ(cm)=104/λ(μm) 在2.5μm处，对应的波数值为：
= 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1
一般扫描范围在4000~400cm-1。 波长在2.5~25μm，叫中红外区。 波长0·75~2·5μm叫近红外区。 波长在25~100μm叫远红外区。
3.2 红外光谱基本原理 3.2.1 化学键的振动与频率
（3）分子的对称性。 结构为中心对称的分子，若其振动也中心对称，则此振动的偶极矩变化为零。如CO2的对称伸缩振动没有红外活性。
对称性差的振动偶极矩变化大，吸收峰强。
（4）其他因素: (a)氢键的形成使有关的吸收峰变宽变强。
(b)与极性基团共轭使吸收峰增强。如C=C、C≡C等基团的伸缩振动吸收很弱。但是，如果它们与C=O或C≡N共轭，吸收强度会大大增强。
Raman 拉曼光谱原理及应用
Raman mapped images
8000
6000
Single spectrum Component 2
Because of confocality the Raman map can show very exactly the localization of comp. 1 and 2 (spatial resolution at λex = 633 nm 0.8 µm lateral and 1.2 µm axial)
CH3 and CH2 Bending Modes
OH stretching
00 500
500
1000
1000
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
3500
3500
νi = νo-ν (cm-1)
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 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布
25000
20000
Intensity (a.u.)
15000
785 nm
10000
5000
0 500 1000 1500 2000 Wavenumber (cm-1) 2500 3000
2-拉曼光谱仪的工作原理
拉曼光谱测量原理：
•光源－（太阳光-Hg灯-激光）
探测器
•耦合光路-光照射到样品，收集散 射光 （大光路和显微光路）
1-聚合物,高分子
拉曼光谱应用-鉴定不同材料
在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱
Ram_拉曼光谱
拉曼光谱拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光技术。
[1]拉曼散射为一非弹性散射，通常用来做激发的激光范围为可见光、近红外光或者在近紫外光范围附近。
激光与系统声子做相互作用，导致最后光子能量增加或减少，而由这些能量的变化可得知声子模式。
这和红外光吸收光谱的基本原理相似，但两者所得到的数据结果是互补的。
通常，一个样品被一束激光照射，照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。
波长靠近激光的波长时为弹性瑞利散射。
自发性的拉曼散射是非常微弱的，并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射，使得得到的结果是光谱微弱，导致测定困难。
历史上，拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光，去除激光，而可得到能量的微小差异。
过去，光电倍增管被选择为拉曼散射讯号的侦测计，其需要很久的时间才能得到结果。
而现今的技术，带阻滤波器 (notchfilters) 可有效地去除激光且光谱仪或傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件 (CCD) 侦测计的进步，在科学研究中，利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。
有很多种的拉曼光谱分析，例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱……等。
拉曼光谱的特点：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，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。
此外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。
2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。
相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。
在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。
4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
拉曼光谱
拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的
一种分光技术。
[1]拉曼散射为一非弹性散射，通常用来做激发的激光范围为可见光、近红
外光或者在近紫外光范围附近。
激光与系统声子做相互作用，导致最后光子能量增加或减少，而由这些能量的变化可得知声子模式。
这和红外光吸收光谱的基本原理相似，但两者
所得到的数据结果是互补的。
通常，一个样品被一束激光照射，照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。
波长靠近激
光的波长时为弹性瑞利散射。
自发性的拉曼散射是非常微弱的，并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射，使
得得到的结果是光谱微弱，导致测定困难。
历史上，拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光，去除激光，而可得到能量的微小差异。
过去，光电倍增管被选择为拉曼散射讯号
的侦测计，其需要很久的时间才能得到结果。
而现今的技术，带阻滤波器 (notch
filters) 可有效地去除激光且光谱仪或傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件 (CCD) 侦测计
的进步，在科学研究中，利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。
有很多种的拉曼光谱分析，例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱……等。
拉曼光谱的特点：
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，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。
此外
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。
2 拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。
相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器
3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。
在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。
4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。
这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。
而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。
5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。
拉曼光谱的应用：
●化学研究：分子结构及官能团表征
●高分子材料：碳纳米管、石墨烯、手性、应力、掺杂、缺陷
●生物科学：生物大分子、细菌定位、分析，疾病前期诊断
●地质科学：矿物、流体包裹体、晶型鉴定、矿物相变
●宝石鉴别：钻石品质和原产地、宝石玉石、毒品、爆炸物残留物鉴定
●考古研究：纤维、纺织品鉴定、文书鉴定及时序分析、油墨涂料鉴定
拉曼光谱与红外光谱比较
拉曼种类
数种的拉曼光谱分析技术持续发展中，被用来增强灵敏度(表面增强拉曼效应)、改善空间性的分辨率(微拉曼光谱仪)，或者取得特殊的分析讯号(共振拉曼光谱)。
∙表面增强拉曼效应通常以金或银的胶体或者基板上附着金或银的奈米粒子。
金或银粒子的表面等离子体共振由激光所激发，其结果产生增强金属表面的电场。
拉曼讯号的强度与电场成比例关系，因而增强了拉曼讯号(~1011)。
此效应由Martin
Fleischmann发现，但是由Van Duyne在1977年解释此现象。
.[4]∙共振拉曼光谱当分子或晶格的激发光源的频率与电子跃迁之频率极相接近时，其一些振动模式之强度将大幅增加，此现象称之共振拉曼效应。
[5]
∙表面增强共振拉曼光谱一个结合共振拉曼光谱现象和接近表面增强拉曼强度的技术，且激发光源的频率极相接近于被分析的分子的最大吸收。
∙自发性拉曼光谱分子的拉曼光谱与温度之间关系现象。
∙光学钳拉曼光谱
∙空间补偿拉曼光谱拉曼散射收集从侧面的区域补偿离开激光激发光点，导致表面的讯号贡献比传统的拉曼光谱弱。
[6]
∙同调anti-Stokes拉曼光谱利用两激光产生同调的anti-Stokes频率谱线，借此可以增加共振。
∙拉曼光学活性分子的振动的光学活性，意指对掌异构物的左旋和右旋的偏极特性所造成的拉曼散射微小不同的强度。
[7]
∙受激拉曼增益光谱做同调拉曼散射时，试样同时受两激光之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωS之增益为测度。
∙逆拉曼光谱做同调拉曼散射时，试样同时受两激光之照射，一作激发用(ωL)，一作监控用(ωS)，而拉曼散射之强弱可用ωL之减损为测度。
∙针尖增强拉曼光谱利用银或金的针去增强分子的拉曼讯号，其空间的分辨率近乎于针尖的大小(20-30 nm)。
TERS可以敏感地显示出单一分子的振动能阶。
拉曼光谱仪系统组件∙激光光源
∙样品室
∙单色器
∙检测记录系统
∙计算机。