激光拉曼散射光谱法
Raman(拉曼)光谱原理和图解
光散射 - 瑞利散射
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导 • 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
• 光损失能量，使分子振动
采用Leica显微镜 优势 4： 采用Leica显微镜
Ÿ 高热稳定性和机械稳定性 Ÿ 目镜：Leica 原配，符合欧洲及北美等安全标准。好处是 a. 高分辨，大视野，可方便、准确地寻找微米 级样品：如矿物包 裹体等，以及低反差样品；b. 可安全地观察激光焦点，以确认 激光焦点是否聚焦在微米颗粒上。 Ÿ 同时配有摄像机：彩色，高分辨，可观察激光焦点，不饱和 ，提供图像采集卡及软件，可在计算机上存储白光照片，无需 照相机。 Ÿ 照明光源：Leica原配，确保质量。
perpendicular
polarization of Raman peak
拉曼偏振
width of Raman peak
拉曼峰宽
quality of crystal
晶体质量
intensity of Raman peak
拉曼峰强度
amount of material
物质总量
拉曼光谱的特点和主要困难
高灵敏度
优势 1. 高灵敏度：
Ÿ 灵敏度远高于其它同类拉曼谱仪 检验标准：硅三阶峰（约在1440 cm-1）的信噪比≧10:1，检测 条件为：激光输出功率20mW，波长514.5nm，狭缝宽度50微米 ，曝光时间60秒，累加次数5次，binning为1或2，光栅为1800刻 线。显微镜头为 X50常规镜头。
激光拉曼光谱仪原理
激光拉曼光谱仪原理
激光拉曼光谱仪是一种基于拉曼散射原理的仪器，用于研究和分析样品的分子结构。
它利用激光光源照射样品，将激光光子与样品分子相互作用的结果，通过光学系统收集、分析和解读后，得到样品的拉曼散射光谱。
激光拉曼光谱仪的工作原理如下：
1. 激光源：使用可调谐激光源，通常是单色激光器，产生具有特定波长的单色激光光源。
常用的激光波长包括532 nm和
785 nm。
2. 光学系统：激光光源经过准直、聚焦等光学元件，使光线在样品上聚焦成一个细小的光斑点。
同时，收集样品上产生的拉曼散射光。
3. 样品与激光相互作用：激光光斑照射在样品上，激发样品分子的振动、转动等运动。
一部分激光能量被样品吸收，剩余的能量以散射光的形式发出。
激光散射光中，有一部分与样品分子的振动、转动等运动信息相关，称为拉曼散射光。
4. 光谱分析：拉曼散射光由光学系统收集后，经过分光装置进行波长分离，最后通过光电探测器转化为电信号。
通过记录和分析这些电信号，可以得到样品的拉曼光谱。
激光拉曼光谱仪的优点是非常灵敏、无需样品处理，能够在非破坏性条件下对样品进行分析。
它广泛应用于化学、材料科学、生物分析等领域，可以用于表征样品的组分、结构、反应动力学等信息。
激光拉曼光谱的原理和应用
激光拉曼光谱的原理和应用当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会暗原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应.由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关.因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。
激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应.拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10－10－１0—6的散射，不公改变了传播方向,也改变了频率。
这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。
对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E 反映了指定能级的变化。
因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以出分子中所含有的化学键或基团。
这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具. 拉曼光谱仪的主要部件有:激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。
应用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，在表面和薄膜方面的应用。
有机化学拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、能团的重要依据。
利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构的依据。
高聚物拉曼光谱可以提供碳链或环的结构信息。
在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。
电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具,在高聚物的生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。
激光拉曼光谱
激光拉曼光谱激光拉曼光谱(Laser-RamanSpectroscopy，简称LRS)是一种利用激光来分析物质结构的一种光谱技术，它利用一个发射激光光束，并用它强烈聚焦在分析物的表面上，使之发射出一个与激光光束频率不同的被称为拉曼散射的光束，从而得到拉曼光谱，从而分析和判断物质的分子结构、晶体结构等。
激光拉曼光谱技术由Laser Raman Spectroscopy隐含在其中，是一种把激光光束投影到物体表面，并对物体表面反射出的光线进行分析、测定其频率特征来达到分析物体结构的一种技术。
激光拉曼光谱有着广泛的研究应用，它既可以用于分析固体，也可以用于分析液体，还可以用于分析气体，用于研究物体的结构，用于研究物体的性能以及用于研究物体的分子组成或结构的研究。
激光拉曼光谱的基本原理是利用激光对物体表面发射的光线进行发射分析，因此拉曼光谱仪是一种采用双光路，一个使用激光发射光束，另一个使用拉曼散射分析激光发射光束反射回来的信号，从而分析该物体的光谱特性的仪器。
通过概率分析拉曼散射信号，可以推断出分子或晶体结构特性，从而获得其结构信息，进而研究物体的性能。
例如，在材料科学领域，可以通过激光拉曼光谱技术分析出晶体的结构信息，从而了解晶体的性质和物理特性，并获得晶体的分子结构参数，进而研究其特性。
激光拉曼光谱技术具有品质检测简便、快速、稳定、可靠、耗能低等优点，已经广泛应用在航天、航空、军事、制造业、生物、化学、电子等诸多领域。
此外，激光拉曼光谱技术的应用涉及的领域还不断扩大，例如，在汽车制造业和医疗领域，激光拉曼光谱技术应用也越来越广泛。
激光拉曼光谱技术具有很高的研究和应用价值，它是一种测定物体结构的有效方法。
但是，激光拉曼光谱技术仍然有一定的局限性，因为其分析效率低，容易受到环境噪声的干扰，还可能因为激光发射时的频率不够均匀而影响分析结果。
激光拉曼光谱技术是一种重要的光谱技术，正得到越来越多的研究与应用，也应得到相应的重视。
激光拉曼光谱分析法
激光拉曼光谱分析法首先，让我们来了解激光拉曼光谱分析的原理。
拉曼光谱是指物质分子与光子相互作用后发生的能量改变所产生的光的散射现象。
当激光照射到样品表面时，部分被散射，其中一部分发生拉曼散射，即光子在与物质分子相互作用后发生频率改变的过程。
拉曼散射光中含有与样品中分子振动、转动和其他模式有关的信息，通过分析拉曼散射光的频率和强度，可以确定样品的化学成分、结构和状态。
为了实现激光拉曼光谱的测量，需要一套专门的仪器设备。
最基本的设备包括激光器、样品架、光谱仪等。
激光器用于产生高能量、单色的激光束，通常使用激光二极管或激光器作为光源。
样品架用于将待测样品放置在激光束中，确保样品与激光充分接触。
光谱仪用于收集并分析拉曼散射光的频率和强度，通常使用光栅或干涉仪作为光谱分析装置。
激光拉曼光谱的测量过程主要包括样品的准备、实验参数的设置、光谱测量和数据分析等步骤。
首先，需要将待测样品制备成适当的形式，如固体样品可以通过压片或微晶片技术制备，液体样品可以直接放置在样品架上。
然后，根据样品的性质和分析要求，设置合适的激光器功率、波长和探测器增益等参数。
接下来，将样品架放置在激光束中，通过调整样品位置和激光聚焦来最大化拉曼散射光的强度。
然后，使用光谱仪收集拉曼散射光的光谱数据，并通过傅里叶变换等数学方法将时间域数据转换为频域数据。
最后，根据光谱图像和峰位、峰形等特征，可以确定样品的化学成分、结构和状态。
激光拉曼光谱分析法在不同领域具有广泛的应用。
在材料科学领域，可以利用激光拉曼光谱分析法研究材料的结构和相变过程，例如确定纳米材料的尺寸和形态、表征薄膜的物理性质等。
在生物医学领域，可以使用激光拉曼光谱分析法研究生物分子的结构和功能，如检测肿瘤标记物、鉴定细菌和病毒等。
在环境监测领域，可以利用激光拉曼光谱分析法迅速检测土壤、水体、空气中的污染物，例如检测水中重金属离子、鉴别有机污染物等。
综上所述，激光拉曼光谱分析法是一种高分辨率、非破坏性的分析技术，广泛应用于材料科学、生物医学、环境监测等领域。
激光拉曼光谱
激光拉曼光谱激光拉曼光谱技术是一种基于激光和拉曼散射原理的光谱分析技术，它通过测量拉曼光谱，研究物质的化学结构、成分信息、物性参数等，以及拉曼光谱和分子结构的关系，为物理、化学和材料科学领域提供了广泛的研究和应用机会。
激光拉曼光谱的研究方法包括电子及共振光谱技术，它可以用来探测物质的结构和性质，也可以识别和分析物质的成分。
激光拉曼光谱的技术依赖的理论基础可以分为普通的拉曼原理、共振拉曼原理和复合拉曼原理。
拉曼原理是由拉曼散射测量分析物质中元素振动或颗粒所产生的拉曼散射现象，这种现象所产生的拉曼光谱容易识别物质的成分和结构。
共振拉曼散射是由物质的外电子云或共价键的频率相关的电磁场的组合而观测到的，它可以获得元素在物质中的分子结构，从而获得物质的化学结构信息。
复合拉曼散射是指拉曼散射和共振拉曼散射结合在一起使用，可以获得更多的信息。
激光拉曼光谱技术是一种灵敏、高分辨率的分析技术，可以应用于多种物质，如生物、材料、环境等，它可以用来检测机理、探索结构、计算反应率,在广泛应用于物理化学研究和机械工程制造领域。
激光拉曼光谱技术的优点可归纳为：（1）精确可靠，它可以测量到物质结构的非常小的变化，而不会受到其他因素的影响；（2）灵敏度高，可以探测到痕量物质；（3）可以获得高分辨率的全光谱信息；（4）可以检测物质的多种特性；（5）对物质的测量不受环境的影响；（6）快速测量，可以快速分析多种物质。
激光拉曼光谱技术的应用十分广泛，它可以应用于工业领域的控制及检测，如分析精细化学品；也可以应用于表面分析，如金属和多层膜结构的探索；可以应用于生命科学领域，如生物分子和生物大分子的结构和物性参数的检测；还可以应用于环境领域，如分析气体、水体中的痕量化学物；还可以应用于材料工程领域，如分析材料的结构和组成，以及晶体内部的分析等。
总之，激光拉曼光谱技术在物理、化学、材料工程、环境等多个领域中都有着广泛的应用，它拥有良好的准确性、灵敏性以及全光谱信息分析能力，而且操作简单便捷，是一种重要的分析技术。
物理实验技术中的激光散射与拉曼光谱分析
物理实验技术中的激光散射与拉曼光谱分析激光散射与拉曼光谱分析是物理学中重要的实验技术之一。
激光散射是指激光与物质相互作用后，光的散射现象。
而拉曼光谱分析则是通过测量样品散射光的频率偏移，获得与分子结构相对应的分子振动信息。
这两种实验技术在材料科学、化学、生物医学等领域具有广泛的应用。
激光散射实验技术可以分为弹性散射和非弹性散射两种。
弹性散射是指激光与物质相互作用后，散射光的频率与入射光的频率保持不变。
这种散射现象常常用于粒子大小的测量，如散射光的强度与颗粒的粒径成正比。
非弹性散射则是指散射光的频率发生了偏移，由此可获得样品的分子结构和振动信息。
非弹性散射中的拉曼散射是最常用和最重要的一种。
拉曼光谱分析是一种非侵入性的分析技术，可以在不破坏样品的情况下获取样品的信息。
当激光照射到样品上时，其中的光子会与样品分子相互作用，部分光子将发生拉曼散射。
拉曼散射光由于与样品分子振动相互作用，其频率将发生偏移，这种偏移可以通过拉曼光谱仪测量得到。
通过分析拉曼散射光谱，可以了解样品的分子振动模式，从而获得样品的结构、组分以及化学状态等信息。
在实际应用中，激光散射与拉曼光谱分析被广泛应用于多个领域。
在物质科学领域，这种技术可以用于研究材料的结构与性质之间的关系，例如通过研究晶体中声子谱线的偏移，可以了解晶体的结构、相变以及材料中的缺陷。
在化学分析中，拉曼光谱分析可以用于快速和准确地鉴定化学化合物的结构，同时还可用于定量分析。
生物医学领域中，激光散射和拉曼光谱分析可以用于研究生物分子的结构与功能，例如蛋白质、核酸等生物大分子的结构和构象。
为了提高激光散射与拉曼光谱分析的实验效果，一些关键技术也被引入到实验中。
例如，用于激发样品的激光源要具备高功率和高能量的特点，以提高拉曼散射光的强度。
此外，采用高分辨率的光谱仪可以准确地测量拉曼散射光谱，以获取更加精确的分析结果。
同时，在实际应用中，还需要优化样品的制备方法和测量条件，以提高实验的灵敏度和准确性。
3-拉曼光谱
拉曼位移的大小与入射光的频率无关， 只与分子的能级结构有关。
其范围为25~4000cm-1，因此入射光的 能量应大于分子振动跃迁所需能量，小 于电子能级跃迁的能量。
在拉曼光谱中，分子振动要产生位移也要服从一定的选 择定则，也就是说只有伴随分子极化度α 发生变化的分 子振动模式才能具有拉曼活性，产生拉曼散射。
由于激光是线偏振光，而大多数的有机分子是各向异 性的，在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是 不同的。 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。
的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高 4 的对称振动模式 。
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者 结合使用能够得到更丰富的信息。这种互补 的特点，是由它们的选择定则决定的。 凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光 谱与拉曼散射光谱没有频率相同的谱带，这 就是所谓的“互相排斥定则” 。
上述原理可以帮助推测聚合物的构象。
聚硫化乙烯(PES) （CH2CH2SCH2CH2-S-) 聚氧化乙烯(PEO) （CH2CH2O)
许多情况下C=C伸缩振动的拉曼谱带比 相应的红外谱带较为强烈，而C=O的伸 缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更 为显著。 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基 用红外光谱较易检测出来，而碳链的振 动用拉曼光谱表征更为方便。
与红外光谱相比，拉曼散射光谱具有下述优点
(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、 透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用 来测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦， 因而极微量样品都可测量。 (2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。 但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接 进行测量，这对生物大分子的研究非常有利。此外， 玻璃的拉曼散射也较弱。
01激光拉曼光谱法
(3) 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 (4) 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。
酮羰基的伸缩振动在红外光谱中位于1710cm-1附近， 而拉曼光谱中总在（1710土3）cm-1。
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②拉曼活性振动 诱导偶极矩 = E
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。
对称分子： 对称振动→拉曼活06性:0。8:5不5 对称振动→红外活性
(二) Raman光谱
CCl4的Ramam光谱图
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1. Raman光谱特点
(1) 拉曼光谱记录的是stoke 线。 (2) 测量相对单色激发光频率的位移。
(1) 对不同物质： 不同。
(2) 对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子振-
转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；分子振-转
光谱；与红外光谱互补。
(3) Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶极
矩，即
= E
分子极化率，分子电子云分布改变的难易程度。
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4）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱 带。形成环状骨架的键同时振动。
5）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，反之，非对称伸 缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。
6）C—C伸缩振动谱带在拉曼光谱中强，红外光谱中弱。
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3.实验结束，首先取出样品，关断电源。 4.注意激光器电源开、关机的顺序正好相反。
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四、 激光拉曼光谱法的应用
拉曼光谱技术的使用方法
拉曼光谱技术的使用方法引言：拉曼光谱技术是一种基于光的非破坏性分析方法，能够通过光与物质交互作用的方式，获取物质的结构和成分信息。
近年来，随着拉曼光谱技术的快速发展和成熟，它在各个领域都得到了广泛应用。
本文将探讨拉曼光谱技术的使用方法，以及在生物医学、环境科学和材料科学等领域的应用。
一、拉曼光谱技术的基本原理：拉曼光谱技术是一种基于拉曼效应的分析方法。
当激光光源照射到样品上时，一部分光通过样品，另一部分光与样品中的分子相互作用。
与样品中的分子相互作用过程中，光的一部分散射，即拉曼散射。
拉曼散射光谱中的频率差值与样品中的化学键振动有关，通过分析拉曼光谱，可以获得样品的结构和成分信息。
二、拉曼光谱仪的使用方法：1. 样品准备：将待测样品制备成适当形式，如液体样品需将其放在透明容器中，固体样品可直接进行测量。
确保样品表面干净、光滑，避免杂质和粉尘的干扰。
2. 选择适当的激光光源：根据待测样品的性质和所需分析的信息，选择合适的激光光源。
常用的激光光源有He-Ne激光、Nd:YAG激光等。
不同波长的激光光源对不同样品有着不同的适应性。
3. 路径选择和调整：拉曼光谱仪通常具备单色器、样品室和探测器等部件。
根据需要选择合适的单色器，在样品室中放置样品，并将光源与样品之间的路径调整到最佳位置，以保证得到清晰的拉曼光谱图。
4. 采集拉曼光谱：调节仪器参数，如波长、功率和积分时间等，开始采集拉曼光谱。
根据需求，可以选择不同的采集模式，如常规扫描、映射扫描等。
保持稳定的仪器状态，同时避免环境光的干扰。
三、拉曼光谱技术在生物医学领域的应用：1. 体内病灶检测：拉曼光谱技术可以通过非侵入性的方式检测人体内部的病灶，如癌症和糖尿病早期病灶。
通过分析拉曼光谱中的特征峰，可以实现对病变组织的准确识别和诊断。
2. 药物分析与研究：拉曼光谱技术可以用作药物的质量控制和成分分析。
通过比较药物的拉曼光谱图谱，可以检测药品中可能存在的假药、掺杂物等问题。
拉曼光谱技术的原理及应用
拉曼光谱技术的原理及应用拉曼光谱技术是一种分析样品中分子的非常有效的方法。
在该技术中，利用拉曼效应同样也可以识别特定的纳米颗粒和其他不透明的物质。
本文将详细阐述拉曼光谱技术的原理及应用。
1. 拉曼光谱技术的原理拉曼光谱技术是一种激光光谱技术，它利用样品的分子振动模式（横振动、伸缩和扭曲等模式），使分子发生光散射，并将散射的光收集起来进行分析。
在拉曼光谱技术中，将激光照射到样品上，样品分子中的大部分仍然是以核的振动模式存在。
但当激光的频率与分子的振动频率相同时，由于拉曼效应的作用，部分光子将分离并产生红移或蓝移。
这个现象就是拉曼散射现象。
拉曼效应的原理是，当光子入射到分子上时，分子表现出类似摆动的运动，这种运动随着时间的推移而释放出特定频率的光子，这样就形成了拉曼散射光谱特征峰。
拉曼光谱学中的光谱特征包括波数（公式1）和相对强度（公式2），如下所示：公式1：wavenumber（cm^-1）=1/wavelength（cm）公式2：Relative intensity（I/I0）在拉曼光谱图中，相对强度是指各个峰的高度比较，波数则表示各个峰所对应到的分子振动能量。
实验室中常用的拉曼光谱仪的波数精度一般在1 cm^-1左右。
2. 拉曼光谱技术的应用2.1 分子结构和化学成分的分析拉曼光谱技术可以为分子结构和化学成分的分析提供非常重要的信息。
如在红外光谱技术中，只有具有矢量性的分子振动模式才能产生吸收峰，因此该技术对于分析非常规的分子结构并不适用。
而拉曼光谱技术可以用于任何分子结构的振动分析，可以检测出如异构体、杂质或药物的不同形式等信息。
由于拉曼光谱可以通过常压、接触以及非接触的方法进行采集，因此这使得样品的限制条件相对较少。
2.2 生物检测和药品品质检测拉曼光谱技术在生物医学分析领域中也得到广泛应用。
在这个领域中，拉曼光谱技术可以用于检测血液中的各种生物分子，如细胞、蛋白质、DNA、荷尔蒙、抗生素和维生素等。
激光拉曼光谱原理
激光拉曼光谱原理
激光拉曼光谱是一种用于分析物质成分和结构的非损伤性技术。
它利用激光光源照射样品，当光与样品相互作用时，其中一部分光被散射，并通过集成光谱仪进行分析。
激光拉曼光谱基于拉曼散射效应，拉曼散射是指光在与物质相互作用时改变频率和能量的现象。
当激光与样品相互作用时，有一部分光被散射，并且散射光的频率可能会发生变化。
这些频率的变化量与样品的分子振动和旋转相关。
拉曼散射光中的频率变化通常非常小，因此需要使用高分辨的光谱仪来检测。
光谱仪通常由一个光栅或干涉仪组成，可以将不同频率的光分离开来，并测量其强度。
这样就可以得到一个频率与强度的光谱图。
激光拉曼光谱可以用于分析各种类型的样品，包括固体、液体和气体。
对于固体样品，激光光源可以通过显微镜聚焦到样品表面上的微小区域，以获得高空间分辨率的光谱信息。
对于液体和气体样品，可以通过光纤将光源引导到样品中，以获取其拉曼光谱。
通过对激光拉曼光谱的分析，可以确定样品中的分子组成和结构信息。
每种分子都有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对实验结果与已知标准光谱库来确定样品的成分。
此外，还可以通过观察峰值的位置、强度和形状来推断样品的分子结构和化学键信息。
激光拉曼光谱具有高灵敏度、非破坏性、快速分析等优点，因此广泛应用于材料科学、化学、生物医学等领域的研究和实际应用中。
激光共焦显微拉曼光谱分析
第五篇 光谱分析第四章 拉曼光谱分析——激光显微共焦拉曼光谱仪拉曼散射是印度科学家Raman 在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。
光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射称为瑞利散射，由英国物理学家瑞利于1899年进行了研究。
但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经色散分光过滤后的太阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。
拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。
因为这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔物理学奖。
拉曼光谱得到的是物质分子的振动光谱，是物质的指纹性信息，即每一种物都有自己特征拉曼谱图，因此拉曼光谱是认证物质和分析成分的有力工具。
而且拉曼峰的频率（或波数）对物质结构的微小变化非常敏感，所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察，来研究在一些条件下，比如温度、压力、掺杂等，所引起的物质结构变化，以及间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息，如应力分布等。
拉曼光谱技术的优点：光谱的信息量大，谱图易辨认，特征峰明显；对样品无接触，无损伤；样品无需进一步处理；快速分析，鉴别各种材料的特性与结构；由于激光拉曼光谱仪还带有显微共焦功能，故又称激光显微共焦拉曼光谱仪，可做微区微量以及分层材料的分析（1微米左右光斑）；高空间分辨率对地质的包裹体尤其有用；能适合黑色和含水样品；高、低温及高压条件下测量；光谱成像快速、简便，分辨率高；仪器稳固，体积适中，维护成本低，使用简单。
激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。
如在化学方面应用于有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有广泛的应用。
一、基本原理当波数为 （频率为 ）的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。
拉曼光谱基本原理
V=0
Rayleigh散射
Raman散射 h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
获得能量后，跃迁到激发虚态.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
.
基本原理
1. Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
.
• 拉曼活性 入射光可以看成是互相垂直的电场 和磁场在空间的传播。其电场强度E可用下述交 变电场描述：E=E0Cos(2pn0t) (5.47) 其中， E0为交变电场波的振幅，n0为激发光频率。 样品分子键上的电子云与入射光电场作用时会诱 导出电偶极矩P：P=aE=a E0Cos(2pn0t) (5.48) a为键的极化度。只有当键的极化度是成键原子间 距离的函数，即分子振动产生的原子间距离的改 变引起分子极化度变化时，才产生拉曼散射，分 子才是拉曼活性的：
.
2941，2927cm-1 ASCH2 2854cm-1 SCH2 1444，1267 cm-1 CH2
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
.
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
.
1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
.
2. Raman位移
对不同物质： 不同； 对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子 振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据； Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导 偶极距
= E 分子极化率；
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3.红外活性和拉曼活性振动
①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；
激光拉曼光谱法的原理和应用实例
激光拉曼光谱法的原理和应用实例1. 原理激光拉曼光谱法是通过激发样品中的分子振动使其发生光散射，进而通过分析散射光子的能量变化来确定样品的组成和结构。
其原理主要涉及以下几个方面：1.1 拉曼散射拉曼散射是光与分子相互作用产生的光散射现象。
当光与样品分子相互作用时，部分光子的能量会发生改变，这种能量变化即为拉曼散射。
拉曼散射分为斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射两种，其中斯托克斯拉曼散射的光子能量减小，反斯托克斯拉曼散射的光子能量增大。
1.2 激发光源激光是产生拉曼散射的关键光源。
激光具有单色性、高亮度和狭窄线宽等特点，能够提供足够的功率和光子密度。
常用的激光光源包括氦氖激光器、固体激光器和半导体激光器等。
1.3 散射光子激发样品后，样品发射出的散射光子包含了拉曼散射光子。
这些散射光子的能量在激发光子的基础上发生了变化，通过测量散射光子的能量变化可以推断出样品的振动模式和化学成分。
2. 应用实例激光拉曼光谱法在许多领域中都有广泛的应用，下面列举了几个典型的应用实例。
2.1 材料科学激光拉曼光谱法在材料科学中被用于材料的组成和结构分析。
通过测量散射光子能量的变化，可以得到材料中不同化学键的振动信息，从而确定其组成和结构。
这对于材料的研发和分析具有重要意义。
2.2 生物医学激光拉曼光谱法在生物医学领域中被广泛应用于生物分子的定量和定性分析。
通过测量生物样品中的拉曼散射光子能量变化，可以获得样品中不同化学物质的信息，包括蛋白质、核酸和脂类等。
这对于研究疾病的发生机制和诊断具有重要意义。
2.3 环境监测激光拉曼光谱法在环境监测中可用于检测和分析土壤、水和大气等环境样品中的化学物质。
通过测量散射光子的能量变化，可以确定样品中的有机物、无机物和污染物等成分，从而评估环境污染状况。
2.4 食品安全激光拉曼光谱法在食品安全检测中起到重要作用。
利用激光拉曼技术可以检测食品中的农药残留、添加剂和污染物等有害物质，确保食品的质量和安全。
拉曼光谱法简介
(5)υc-c在拉曼中强。
(6)醇和烷烃的拉曼光谱相似。因为OH的拉曼谱带弱，而 C-O和C-C键力常数及键强度无很大差别，羟基与甲基质 量仅仅相差2个质量单位。
3.10.4. 拉曼光谱的应用 （1）拉曼光谱的特点 (a)拉曼光谱的常规扫描范围为40-4000cm-1。
2.相互允许规则：一般来说，没有对称中心的分子，其 红外和拉曼光谱可以都是活性的。例如水的三个振动υas、 υs和δ皆是红外和拉曼活性的。
3.相互禁阻规则：有少数分子的振动在红外和拉曼中都
是非活性的。
如乙稀的扭曲振动既无偶极矩变化， 也无极化度变化，故在红外及拉曼 中皆为非活性。
H
H
CC
H
H
4.拉曼光谱的一些基本特征：
(1)对称取代的S-S 、C=C 、N=N 、C≡C振动产生强拉曼 谱带，由单键、双键到三键，因可变形的电子逐渐增加， 故谱带也增强。
(2)在红外光谱中C≡N、C=S、SH的伸缩振动谱带强度 可变或较弱，而在拉曼光谱中为强谱带。C-O-O-C的对 称伸缩在880cm-1也是强谱带。
(3)环状化合物骨架的对称呼吸振动常是最强的拉曼谱带。
处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不 稳定的能态（虚态）后又回到较低能级的振动激发态。 此时激发光能量大于散射光能量，产生拉曼散射的斯托 克斯线，散射光频率小于入射光。
若光子与处于振动激发态（V1）的分子相互作用，使 分子激发到更高的不稳定能态后又回到振动基态（V0）, 散射光的能量大于激发光，产生反斯托克斯散射，散射 光频率大于入射光。
同一振动方式产生的拉曼位移频率和红外吸收频率是 相等的。
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激光拉曼散射光谱法一、拉曼散射光谱的发展1928年，印度科学家C.V Raman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。
拉曼因光散射方面的研究工作和拉曼效应的发现，获得了1930年度的诺贝尔物理学奖。
在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段，后来随着实验内容的不断深入，拉曼光谱的弱点，即拉曼效应太弱，越来越突出。
20世纪60年代，激光问世并将这种新型光源引入拉曼光谱后，拉曼光谱出现了崭新的局面。
我国科技工作者对拉曼光谱学的贡献1935年吴大猷，沈寿春等在北京大学进行了光散射的研究。
在1937年的Phys. Rev.上发表了相关研究成果。
1939年由北京大学出版了吴大猷的《多原子分子的结构及其振动光谱》的英文专著。
是自拉曼获诺贝尔奖以来，第一部全面总结分子拉曼光谱研究成果的经典著作。
1944年，吴大猷和沈寿春在西南联大进行了“硝酸镍氨晶体的拉曼光谱及其硝酸根离子上的晶体场效应”的研究。
发表在《中国物理学学报》第五卷，第二月期。
稍后黄昆在英国留学和工作期间，开展有关对晶格动力学的研究，并和玻恩合著了《晶格动力学理论》，为晶体的拉曼散射提供了理论基础，成为该领域重要的经典著作之一。
黄昆于1988建立起超晶格拉曼散射理论，并于2002年获国家科技奖。
二、拉曼散射光谱的原理2.1 拉曼散射及拉曼位移拉曼散射：拉曼光谱为散射光谱。
当一束频率为ν0的入射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时，绝大部分可以透过，大约有0.1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞，即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；瑞利散射：若入射光与样品分子之间发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射，称为瑞利散射。
瑞利散射产生原理：处于基态E0的分子受入射光子hν0的激发跃迁到受激虚态，而受激虚态是不稳定的，所以分子很快地又跃迁到基态E0，把吸收的能量hν0以光子的形式释放出来（频率为ν0）。
这就是弹性碰撞。
虚态：在拉曼散射中，激发态不是分子的定态，称之为虚态。
当一个化合物被入射光激发，该化合物的电子吸收到这个光子时，电子跃迁，同时，分子亦会产生振动。
由于分子振动的耦合，电子跃迁到激发态时，能量会出现偏离，这就是虚态。
拉曼散射产生原理：光子与分子碰撞后不仅改变了运动方向，而且发生了能量交换，光子将一部分能量传递给了样品分子或从样品分子获得了一部分能量，因而改变了光的频率。
一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱。
处于受激虚态的分子若是跃迁回到基态E 0上（非弹性碰撞），放出能量为h(ν0+ ν)或（hν0+⊿E ）的光子，即为反斯托克斯线（Anti-Stokes Line ）。
跃迁到受激虚态的分子还可以跃迁到电子基态中的振动激发态En 上，这时分子吸收了部分能量hν(⊿E)，并释放出能量为h(ν0-ν)或(hν0-⊿E)的光子，这就是非弹性碰撞，所产生的散射光为斯托克斯线(Stokes Line)。
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量到激发态可得到斯托克斯线；反之，如果分子处于激发态，与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯托克斯线。
斯托克斯线：υ0-Δυ样品反斯托克斯线：υ0+Δυ瑞利散射：υ0 ν0拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差称为拉曼位移。
拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。
因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。
反斯托克斯线的强度远小于斯托克斯线的强度，这是由于Boltzmann 分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。
在一般拉曼光谱分析中，都采用斯托克斯线研究拉曼位移。
实际上，反斯托克斯线与斯托克斯线的强度比满足公式：其中ν是激发光的频率，νi 是振动频率，h 是Planck 常数，k 是Boltzmann 常数，T 是绝对温度。
拉曼位移大小与入射光频率无关，与分子能级结构有关。
拉曼位移范围为：4000～25cm -1。
入射光的能量应大于分子振动跃迁所需能量，小于电子能级跃迁的能量。
(1)拉曼位移与物质分子的振动和转动能级有关;kTh ii Stokes Stokes Anti eI I ννννν--+-=4)((2)不同的物质有不同的振动和转动能级,因而有不同的拉曼位移;(3)对于同一物质，若用不同频率的入射光照射，所产生的拉曼散射光频率也不同，但其拉曼位移却是一确定的值;(4)分子振动引起拉曼线的频率通式为ν+n⊿ν，n为振动能级1,2,3,…,n=1的称为主拉曼线，强度最大;(5)拉曼位移是表征物质分子振动、转动能级特性的一个物理量。
它就是利用拉曼光谱法进行物质分子结构分析和定性检定的依据;(6)当入射光波长等实验条件固定时，拉曼散射光的强度与物质的浓度成正比，因此可作定量分析。
2.1.1 拉曼活性分子是否有拉曼散射活性，则取决于分子振动转动时变形极化的程度是否发生变化。
极化度(Polarizability)：分子在光波交变电场的作用下，分子改变其电子云分布的难易。
只有分子极化度发生变化振动才能与入射光的电场E相互作用，产生诱导偶极矩P。
入射光电场强度：E=E0cos(2πν0t) (1)诱导偶极矩：P=αE0cos(2πν0t) (2) 其中E0为交变电场波的振幅；ν0为激发光的频率，α为键的极化度。
分子拉曼活性与诱导偶极矩有关，P越大，拉曼谱线越强。
只有当键的极化度是成键原子间距离的函数，即分子振动产生的原子间距离的改变引起分子极化度改变时，才产生拉曼散射，分子才是拉曼活性的：(3)其中α0为分子中键处于平衡位置时的极化度；r 为分子中键处于任意位置时的核间距；r eq 为分子中键处于平衡位置时的核间距。
若核间距改变时产生的振动频率为ν，与平衡位置比较的最大核间距为rm ，则(4)(4)代入(3)式(5) (5)代入(2)式上式第一项对应样品的瑞利散射，其频率为ν0；第二、第三对应样品的拉曼散射。
ν0+ν为反Stokes 频率，对应反Stokes 位移；ν0-ν为Stokes 频率，对应Stokes 位移。
2.1.2 拉曼光谱参数 (1)频 率即拉曼位移，一般用Stokes 位移表示。
拉曼位移是结构鉴定的重要依据。
drd r r eq ααα)(0-+=)2cos(t r r r m eq πν=-)2cos(0t r drd m πνααα+=)2cos(00t E Pπνα=)2cos()2(cos 2cos 00000t t dr d r E t E m πνπναπνα⎪⎭⎫ ⎝⎛+=tdr d r E t dr d r E t E m m )(2cos 2)(2cos 22cos 0000000ννπαννπαπνα-⎪⎭⎫⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+=基团的拉曼位移是由基团的振动等运动引起，所以其位移波数相当于分子振动的能级差⊿E 和红外吸收频率相接近。
也可根据下式估计为cm -1;K 为键的力常数;μ为原子的折合质量。
(2)强 度I K —常数；I 0—光源强度；ν0—入射光频率；α—键的极化度； r —分子键处于任意位置时的核间距当样品分子不产生吸收时，I 与激发波长的4次方成反比，因此选择较短波长的激光时灵敏度高。
拉曼散射强度与样品分子的浓度成正比。
(3)偏振度(depolarization) ρ偏振度(去偏振度):是被测物质对偏振光源偏振的程度。
已知自然光是光线在垂直于前进方向的各个平面上振动的，若将此普通光线通过一个偏振器P ，则只能让其中振动方向与此偏振器的偏振平面平行的光线通过。
这种光只能在一个平面上振动，称为偏振光。
取偏振激光作为拉曼光谱法的光源，激光与物质分子作用时，有的分子改变激光的偏振方向，有些不能，还有些分子对激光的偏振有不同程度的改变。
这个现象取决于分子对称程度。
所以研究有机物对激光的偏振程度，可以推测分子的对称性。
μνK1302=——ν⎪⎭⎫⎝⎛-=dr d KI I ανν400)(定义偏振度 ρ= I ┴ / I //I //与激光方向平行的拉曼散射平行光（yz 平面） I ⊥与激光方向垂直的拉曼散射垂直光（xy 平面）去偏振度与分子的极化度有关。
如分子的极化度中各向同性部分为 ，各向异性部分为 ，则对球形对称振动 ，因此去偏振度ρ为零。
即ρ值越小，分子的对称性越高。
若分子是各向异性的，则 ，ρ=3/4，即非全对称振动的ρ=0~3/4。
因此通过测定拉曼谱线的去偏振度，可以确定分子的对称性。
实验显示，ρ<0.2表示分子结构对称性著；ρ>0.2表示分子结构不对称性显著。
2.2激光拉曼光谱与红外光谱比较在各种分子振动方式中，强力吸收红外光的振动能产生高强度的红外吸收峰，但只能产生强度较弱的拉曼谱峰；反之，能产生强的拉—α—β2224453———βαβρ+=0=—β0=—α曼谱峰的分子振动却产生较弱的红外吸收峰。
因此，拉曼光谱与红外光谱相互补充，才能得到分子振动光谱的完整数据，更好地解决分子结构的分析问题。
线型聚乙烯的红外(a)及拉曼(b)光谱聚乙烯分子中具有对称中心，红外与拉曼光谱呈现完全不同的振动模式。
在红外光谱中，CH2振动为最显著的谱带。
而拉曼光谱中，C-C振动有明显的吸收。
相同点：对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。
1,3,5-三甲苯的红外与拉曼光谱比较与IR 相比，Raman 还具有如下优点：(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用来测量。
由于激光束的直径拉曼光谱 红外光谱 光谱范围40-4000Cm -1 光谱范围400-4000Cm -1水可作为溶剂 水不能作为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 研磨、KBr 压片较小，且可进一步聚焦，因而极微量样品都可测量。
(2)对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则的限制较小，因而可得到更为丰富的谱带。
S-S，C-C，C=C，N=N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号较为强烈。
荧光的抑制和消除在拉曼光谱测试中，往往会遇到荧光的干扰，由于拉曼散射光极弱，所以一旦样品或杂质产生荧光，拉曼光谱就会被荧光所淹没。
通常荧光来自样品中的杂质，但有的样品本身也可发生荧光，常用抑制或消除萤光的方法有以下几种:（1）纯化样品；（2）强激光长时间照射样品；（3）加荧光淬灭剂；（4）利用脉冲激光光源；（5）改变激发光的波长以避开荧光干扰。