红外光谱第六讲拉曼光谱
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红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
3.3红外分光光度计
按分光器将红外分光光度计分为四代： 以人工晶体棱镜作为色散元件的第一代; 以光栅作为分光元件的第二代; 以干涉仪为分光器的傅里叶变换红外光度计是第3代;
用可调激光光源的第4代仪器。
3.3.1双光束红外分光光度计的工作原理:
3.3.2 红外分光光度计的主要部件:
(1）光源： 光源的作用是产生高强度、连续的红外光。 （a）硅碳棒。由硅碳砂加压成型并经锻烧做成。工作温 度1300~1500℃，工作寿命1000小时。硅碳棒不需要预热， 寿命也较长。价格便宜。
波长或波数可以按下式互换：
_
( 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。
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器的第二代红 外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的 第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR) 投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，研制 成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光度计， 它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前还未普及。
υ as
面内变 形振动
δ 面内
面外变 形振动 δ 面外
面内摇摆 ρ
剪式振动
δs
面外摇摆 ω 扭曲振动 τ
跃迁时能级变化的大小为：as > s > δ。
能级变化大的出峰在高频区，即波数值大；能级变化小 的出峰在低频区，即波数值小。
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。
红外拉曼光谱
拉曼散射光谱的基本概念一束频率为V0的入射光，照射到气体液体或透明晶体样品上，绝大部分可以透过，大约有0.1%的入射光光子与分子发生碰撞后向各个方向散射。
有一部分散射光发生了光子与分子之间的能量交换，即非弹性碰撞，散射的频率不再等于V0，而是Vi，这种散射现象称为拉曼散射。
根据这个原理所获得的散射光谱，称为拉曼光谱。
若入射光与基态分子相碰撞而发生拉曼散射，分子从光子那里获得能量，从振动基态跃迁到振动的激发态，而散射光子的能量减小，散射光的频率低于入射光的频率，这种形式的拉曼散射称为Stokes辐射，相应的光谱线称为Stokes线。
如果与入射光相碰撞的分子是处于振动的激发态，结果分子交出能量给光子，散射光子的能量增强，散射光的频率大于入射光的频率，这种形式的拉曼散射称为反-Stokes辐射，相应的谱线为反-Stokes线。
拉曼散射光谱的应用在振动光谱中有九个谱峰，按波数递减的方向命名为酰胺A、B及酰胺I至VII带，各种酰胺(Amide)频率：在3000cm-1以上，有酰胺A（3280cm-1）及酰胺B（3090cm-1 ）；在1700cm-1以下有酰胺Ⅰ（1650cm-1）酰胺Ⅱ(1550cm-1)酰胺Ⅲ(1300～1250cm-1)酰胺Ⅳ(627cm-1)酰胺Ⅴ(725cm-1)酰胺Ⅵ(600cm-1)及酰胺Ⅶ(206cm-1)。
振动谱带振动波数归属酰胺A 3280cm-1 N-H伸缩酰胺B 3090cm-1 N-H伸缩（费米共振）酰胺Ⅰ1650cm-1 C=O伸缩、C—N伸缩和N—H面内弯曲振动酰胺Ⅱ1550cm- N—H面内变形及C—N伸缩振动酰胺Ⅲ1300～1250cm-1 C—H伸缩振动酰胺Ⅳ627cm-1 O=C—N面内弯曲振动酰胺Ⅴ725cm-1 N—H面外弯曲酰胺Ⅵ600cm-1 C=O面外弯曲酰胺Ⅶ206cm-1 C—N扭曲振动酰胺I 带各子峰所对应的二级结构：此外，Lippert 等人用已知二级结构的蛋白质（聚-L-赖氨酸）的拉曼光谱得到一组强度参数，然后用蛋白质拉曼光谱的酰胺III 和酰胺I ′（重水溶液）谱带强度建立了一组联立方程，从而求解蛋白质的二级结构。
红外光谱和拉曼光谱的原理
红外光谱和拉曼光谱是常用的分析技术，可以用于研究物质的结构、组成和性质。
它们基于不同的原理，下面简要介绍一下它们的工作原理：
1.红外光谱（Infrared Spectroscopy）：
红外光谱利用物质与红外辐射（波长范围通常为2.5-25微米）的相互作用来研究物质的分子结构和化学键的振动状态。
其原理基于分子吸收红外辐射时，物质中的原子核和化学键会被激发，产生特定的振动和转动。
当物质受到红外光源照射后，通过测量样品对不同波长红外光的吸收程度，可以得到红外光谱图。
红外光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质中的化学键种类、官能团和分子结构的信息。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
拉曼光谱则利用物质与激光光源相互作用时，散射光中的微小频率偏移来分析物质的结构和振动信息。
当样品受到激光照射时，其中的分子会发生拉曼散射现象，即散射光中的部分光子与物质相互作用后发生能量的频移。
这种频移对应着分子的振动和转动模式。
通过测量样品散射出来的光的频率变化，可以获取拉曼光谱图。
拉曼光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质所含化学键、官能团和结构的信息。
3.总结：
红外光谱和拉曼光谱都是通过物质与不同光源的相互作用来研究其结构和性质。
红外光谱利用物质对红外辐射的吸收来分析物质的化学键振动，而拉曼光谱则是通过测量散射光的频率变化来分析物质的振动信息。
两种技术在分析样品成分、鉴定物质、研究反应机理等方面都有广泛的应用。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
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。
红外光谱第六讲拉曼光谱
E1 + h0
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1
E0
V=0
h
Rayleigh散射
Rayleigh散射：
Raman散射
弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；
Raman散射：
非弹性碰撞；方向改变且有能量交换；
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.
2024/1/30
20
拉曼光谱与红外光谱的关系
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极的性吸键收振动 －O强H,度－由C分＝子O，偶－极C距－决X定
异 拉：曼拉：曼适用于分研子究对同原激子光的的非极散性射键振动
－N－强N度－由, 分－子C－极C化－率决定
互补
2024/1/30
2024/1/30
10
CCl4的拉曼光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
2024/1/30
11
CCl4的拉曼光谱
10000
便携式仪器实测图
456
8000
仅测出Stocks线
311
6000
4000
217
相对强度
2000
拉曼光谱
一、概 述 二、原 理 三、仪 器 四、发 展 五、应 用
2024/1/30
1
一、概述
拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼 (Raman)。1928年， 拉曼首先从实验观 察到单色的入射光投射到物质中后产生 的散射，通过对散射光进行谱分析，首 先发现散射光除了含有与入射光相同频 率的光外，还包含有与入射光频率不同 的光。以后人们将这种散射光与入射光 频率不同的现象称为拉曼散射。
红外光谱和拉曼光谱PPT课件
一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子 使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”， 从而形成了强烈的振动相互作用。其结果是使谱 带裂分，振动频率发生变化，一个向高频移动， 一个向低频移动。O~1 820c来自-1RCO
R
C
O.
~1 760cm-1 12
Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时， 由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生 裂分，这种现象叫Fermi共振。
δOR C R'
δ+
1 715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1 800cm-1
1 828cm-1
.
O FCF
1 928cm-1
9
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭 体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双 键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减 小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。例 如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数 减小，振动频率降低。
.
2
（2）双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅振动， 可近似地看做简谐振动。振动频率计算公式:
1 k 2
或
~ 1 k
2c
式中k为化学键力常数，单位为N•cm-1；μ为折合质量， 单位为g。
（3）多原子分子的振动
多原子分子振动可以分解成许多简单的基本振动，即 简正振动。
(2)高聚物吸收带的类型 组成吸收带、构象吸收带、立构规整性吸收带、构象规整
性吸收带、结晶吸收带
.
22
3.1.4.1常见高聚物的红外光谱特征 a 聚乙烯
1900～1500cm-1为双键伸缩振动吸收区。C＝O伸缩振 动出现在1900～1650cm-1，一般是红外光谱中很特征的且 往往是最强的吸收峰。
R
C
O.
~1 760cm-1 12
Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时， 由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生 裂分，这种现象叫Fermi共振。
δOR C R'
δ+
1 715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1 800cm-1
1 828cm-1
.
O FCF
1 928cm-1
9
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭 体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双 键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减 小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。例 如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数 减小，振动频率降低。
.
2
（2）双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅振动， 可近似地看做简谐振动。振动频率计算公式:
1 k 2
或
~ 1 k
2c
式中k为化学键力常数，单位为N•cm-1；μ为折合质量， 单位为g。
（3）多原子分子的振动
多原子分子振动可以分解成许多简单的基本振动，即 简正振动。
(2)高聚物吸收带的类型 组成吸收带、构象吸收带、立构规整性吸收带、构象规整
性吸收带、结晶吸收带
.
22
3.1.4.1常见高聚物的红外光谱特征 a 聚乙烯
1900～1500cm-1为双键伸缩振动吸收区。C＝O伸缩振 动出现在1900～1650cm-1，一般是红外光谱中很特征的且 往往是最强的吸收峰。
红外和拉曼光谱课件PPT
瑞利散射是光在物质中传播时发生的弹性散射，其散射光的 频率与入射光的频率相同。而拉曼散射是光在物质中传播时 发生的非弹性散射，其散射光的频率与入射光的频率不同。
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
红外光谱第六讲-拉曼光谱
利用拉曼光谱的空间分辨能力，发展拉曼光谱成像技术，实现对复杂体系中不同组分的空间分布 和相互作用的可视化研究。
对未来学习建议
深入学习拉曼光谱理论
进一步理解拉曼光谱的基本原理、光谱特点及其与物质结构的关系， 为后续应用和研究打下基础。
掌握拉曼光谱实验技术
熟悉拉曼光谱实验方法、样品制备、数据采集和处理等方面的内容， 提高实验技能和数据分析能力。
样品准备
样品需要是透明的或者具 有较薄的厚度，以避免强 烈的荧光背景和吸收干扰。
检测器
需要使用高灵敏度的光电 检测器，以捕捉微弱的拉 曼散射信号。
拉曼光谱与红外光谱关系
互补性
拉曼光谱和红外光谱都是研究物质分子结构的重要工具，它们提供的信息具有互补性。红 外光谱主要反映分子中化学键的振动模式，而拉曼光谱则更关注于分子的转动和振动能级 。
材料领域：材料组成、结构表征等
材料组成分析
拉曼光谱可以用于分析材料的组 成，如区分晶体和非晶体材料、 确定物质的相态等。
结构表征
通过观察拉曼光谱的峰位、峰形 和峰强等信息，可以推断出材料 的结构特征，如晶格常数、晶体 取向等。
材料性能研究
拉曼光谱还可以用于研究材料的 性能，如力学性能、热学性能等， 为材料设计和优化提供指导。
生物医学领域
生物大分子结构研究
拉曼光谱可以用于研究生物大分子（如蛋白 质、核酸等）的结构和构象变化，揭示生物 大分子的功能机制。
疾病诊断
通过观察病变组织和正常组织的拉曼光谱差异，可 以实现疾病的快速、无创诊断，如癌症的早期检测 等。
药物研发
拉曼光谱还可以用于药物研发过程中药物与 生物大分子的相互作用研究，为药物设计和 优化提供重要信息。
样品室
对未来学习建议
深入学习拉曼光谱理论
进一步理解拉曼光谱的基本原理、光谱特点及其与物质结构的关系， 为后续应用和研究打下基础。
掌握拉曼光谱实验技术
熟悉拉曼光谱实验方法、样品制备、数据采集和处理等方面的内容， 提高实验技能和数据分析能力。
样品准备
样品需要是透明的或者具 有较薄的厚度，以避免强 烈的荧光背景和吸收干扰。
检测器
需要使用高灵敏度的光电 检测器，以捕捉微弱的拉 曼散射信号。
拉曼光谱与红外光谱关系
互补性
拉曼光谱和红外光谱都是研究物质分子结构的重要工具，它们提供的信息具有互补性。红 外光谱主要反映分子中化学键的振动模式，而拉曼光谱则更关注于分子的转动和振动能级 。
材料领域：材料组成、结构表征等
材料组成分析
拉曼光谱可以用于分析材料的组 成，如区分晶体和非晶体材料、 确定物质的相态等。
结构表征
通过观察拉曼光谱的峰位、峰形 和峰强等信息，可以推断出材料 的结构特征，如晶格常数、晶体 取向等。
材料性能研究
拉曼光谱还可以用于研究材料的 性能，如力学性能、热学性能等， 为材料设计和优化提供指导。
生物医学领域
生物大分子结构研究
拉曼光谱可以用于研究生物大分子（如蛋白 质、核酸等）的结构和构象变化，揭示生物 大分子的功能机制。
疾病诊断
通过观察病变组织和正常组织的拉曼光谱差异，可 以实现疾病的快速、无创诊断，如癌症的早期检测 等。
药物研发
拉曼光谱还可以用于药物研发过程中药物与 生物大分子的相互作用研究，为药物设计和 优化提供重要信息。
样品室
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器的第二代红 外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的 第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR) 投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，研制 成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光度计， 它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前还未普及。
第三章 红外光谱(IR)和拉曼光谱（Raman）
3.1引言 3.1.1红外光谱的发展
红外光谱（Infrared Spectroscopy,简称IR） 拉曼光谱（Raman）
分子光谱
两者得到的信息可以互补。
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利用岩盐棱 镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多种有机化合物的 红外光谱。
1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物的红外 光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被确认。
到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红外光 谱的研究得到了全面深入的开展，并且依据测得的大量物 质的红外光谱。
1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光度计 问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外分光光 度计。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N,
M1、M2为原子量，N为阿佛加德罗常数。
m2=M2/N 。
μ为折合原子量
μ=
M1 M2 M1 M2
将π、c和N的数值代入(2)式，并指定将键力常数(见p 61 表3-1)中 的105代入。
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
第六章 红外吸收及拉曼光谱法
22:48
指纹区：波数范围为1300～600cm-1。 1300～900cm-1 C-O 、 C-N 、 C-S 、 C-F 、 C-P 、 Si-O 、 P-O 等键的伸缩振动；C=S、S=O等双键伸缩振动。
22:48
900～600cm-1
无 取 代 的 苯 ： 6 个 C-H ， 670 ～ 680cm-1 ， 单 吸 收带；
22:48
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
22:48
量子力学表明分子中的振动能级是量子化的， 而不是连续的。振动位能为:
E振
Ev
(
1 )hv 2
式中， 为振动量子数，取值0、1、2…，
为分子振动的频率。
22:48
根据能级跃迁的光谱选律，△ =±1，即振动能
级跃迁时，允许的是相邻能级的跃迁，且主要是
根据经典力学虎克（Hook）定律，该体 系基本振动频率计算公式为：
22:48
1 或 1
2
2 c
式中 、 分别为振动频率及波数，k为键
力常数（达因/厘米），c为光速（ 厘米/
秒），为两原子折合质量（克）。
m1m2
m1 m2
（m1和m2分别为两原子的质量）
22:48
(cm1 ) 10 4 ( m)
22:48
IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
适用 所有红外吸收的有机化合物
具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
特征性 特征性强
简单、特征性不强
用途 鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构 非破坏性分析
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指纹区：波数范围为1300～600cm-1。 1300～900cm-1 C-O 、 C-N 、 C-S 、 C-F 、 C-P 、 Si-O 、 P-O 等键的伸缩振动；C=S、S=O等双键伸缩振动。
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900～600cm-1
无 取 代 的 苯 ： 6 个 C-H ， 670 ～ 680cm-1 ， 单 吸 收带；
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某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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量子力学表明分子中的振动能级是量子化的， 而不是连续的。振动位能为:
E振
Ev
(
1 )hv 2
式中， 为振动量子数，取值0、1、2…，
为分子振动的频率。
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根据能级跃迁的光谱选律，△ =±1，即振动能
级跃迁时，允许的是相邻能级的跃迁，且主要是
根据经典力学虎克（Hook）定律，该体 系基本振动频率计算公式为：
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1 或 1
2
2 c
式中 、 分别为振动频率及波数，k为键
力常数（达因/厘米），c为光速（ 厘米/
秒），为两原子折合质量（克）。
m1m2
m1 m2
（m1和m2分别为两原子的质量）
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(cm1 ) 10 4 ( m)
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IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
适用 所有红外吸收的有机化合物
具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
特征性 特征性强
简单、特征性不强
用途 鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构 非破坏性分析
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第六章 红外与激光拉曼光谱
二、分子的红外吸收原理
• 化学键的键长、键角不是固定不变的，而是像用弹 簧连接起来的一组小球，化学键及整个分子在不停 地振动着。红外光可使分子振动能级发生跃迁。当 一定波长的红外光其能量等于分子振动或转动能级 差，分子吸收光能，发生能级跃迁，特定辐射光被 吸收，光强度发生变化，被称为红外吸收，产生的 吸收特征被称为红外吸收光谱。
第六章 红外与激光拉曼光谱
Infrared and Raman Spectroscopy
第一节：红外与拉曼光谱基础知识
一、分子光谱的振动能级
• 分子运动包括分子平动、电子运动、分子振动 和分子转动，不同分子运动的能量不同，能量 范围被称为能级，分子吸收电磁波后在不同能 级之间变化称为分子能级跃迁。
O
H
H 不对称伸缩νas=3756cm-1
O
H
H 面内弯曲δ= 1595cm-1
水分子的红外光谱图
对称伸缩 不对称伸缩
4000
3000
面内弯曲
1500
600
2. 红外吸收峰的位置
• 红外吸收峰在谱中的位置取决于各化学键的振动频率。键的 振动频率与组成化学键的原子的质量和化学键的强度有关。 组成化学键的原子的质量越小，键能越高，键长越短，振动 所需能量越大，吸收峰所在的波数就越高。例如，H的质量 很小，O-H、N-H和C-H的伸缩振动吸收峰都出现在较高波数 范围内。又如，C=O的键能比C－O的键能高，键长也较短， 故C=O键的伸缩振动吸收峰的位置与C－O相比，必然出现 在较高波数处。
1.红外光谱图的坐标：
横坐标用波数（cm-1)或者波长（μm)表示，
纵坐标用透过率或吸光度表示，
2.吸收峰强度：
通常用很强（vs)，强(s), 中(m)，弱(w)，很弱(vw)表示，
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P2
调节外光路使入射激光束 垂直地通过样品池的中心
15
2. 仪器 激光器
最常用Ar＋激光器
488.0/514.5nm
频率高，拉曼光强大
试样室
发射透镜
使激光聚焦在样品上
收集透镜
使拉曼光聚焦在双单色仪的入射狭缝
双单色仪 仪器心脏
2个光栅，4个狭缝
减少杂散收光
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ห้องสมุดไป่ตู้16
拉曼散射技术的发展
M1
光束与入射光束重合
反复调节聚光镜L2的位置，使
M2
L2
样品中激光束通过聚光镜L2清 晰地成像于单色仪入射狭缝上
S 调节M2使通过M2反射成 像与直接成像二者重合
L1
调节样品架S1的位置，使 激光束处于样品正中央
P1
2019/6/4
laser
调节汇聚透镜L1的位置，使聚焦激 光束的腰部正好处于样品池的中心
拉曼光谱
2019/6/4
1
拉曼光谱
一、概 述 二、原 理 三、仪 器 四、发 展 五、应 用
2019/6/4
2
一、概述
拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼 (Raman)。1928年， 拉曼首先从实验观 察到单色的入射光投射到物质中后产生 的散射，通过对散射光进行谱分析，首 先发现散射光除了含有与入射光相同频 率的光外，还包含有与入射光频率不同 的光。以后人们将这种散射光与入射光 频率不同的现象称为拉曼散射。
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相对强度
2000
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0 0
100
200
300
400
500
600
Δ ν /cm-1
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实验光路
M2
P1
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三、仪器
M1 L2
S
L1 laser
P2
S1
P1、P2：转向棱镜 S：样品池 L1、L2：聚光透镜 M1、M2：球面反射镜 S1：单色仪入射狭缝
14
调节反射镜M1使反射
laser Raman spectroscopy
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；
Ar激光器， 波长514.5nm，
488.0nm； 散射强度1/4 单色器： 光栅，多单色器； 检测器： 光电倍增管， 光子计数器；
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18
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。
E1 V=1 E0 V=0
STOKES
0 -
h0 h(0 + ) h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0
0 +
10
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
和强度都大大提高，拉曼散射仪的信号强度 因而大大提高，拉曼光谱技术得以迅速发展， 应用领域遍及物理，材料，化学，生物等学 科，并已成为光谱学的一个分支拉曼光谱 学。
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5
二、原理
拉曼光谱为散射光谱，1928年，C.V.拉曼实验 发现，当光透过透明介质被分子散射的光发生频率 变化，这一现象被称为拉曼散射。在透明介质的散 射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞 利散射(Rayleigh scattering )；频率对称分布在υ0两 侧或υ0± υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分又 称为斯托克斯线（Stocks lines)，频率较大的成分又 被称为反斯托克斯线（Anti-Stocks lines）。因为斯 托克斯线的强度远远强于反斯托克斯线，所以拉曼 光谱仪一般记录斯托克斯线。
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3
1930年诺贝尔物理学奖授予印度加 尔各答大学的拉曼，以表彰他研究 了光的散射和发现了以他的名字命 名的定律。
当光入射某些物质时，其散射
光除了与入射光频率相同的成
0
分瑞利线(0)外，还会在瑞利
线两侧对称分布斯托克线(0-
)和反斯托克线(0+)，后来
将这种散射命名为拉曼散射。
拉曼光谱仪经历了从色散型拉曼光谱 仪开始，发展到傅立叶变换拉曼光谱仪 （抑制荧光效应强，测量快速），共振 拉曼光谱仪（增强散射截面，抑制荧 光），紫外拉曼光谱仪（紫外光的穿透 深度浅，特别适合探测获得表面信息）， 小型拉曼光谱仪（能耗小，效率高，适 合长时间工作）。
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激光Raman光谱仪
E1 + h0
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1
E0
V=0
h
Rayleigh散射
Rayleigh散射：
Raman散射
弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；
Raman散射：
非弹性碰撞；方向改变且有能量交换；
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.
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0+ Anti-Stokes
0 Rayleigh
0- Stokes
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当一束入射光通过样品时，在各个方向
上都发生散射。拉曼光谱仪收集和检测与入 射光成直角的散射光。由于收集和检测的散 射光强度非常低，因此拉曼光谱的应用和发 展受到很大限制。六十年代激光开始广泛应 用，拉曼光谱仪以激光作光源， 光的单色性
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6
原理图
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λ
λ
拉 曼
增减散 大小射
变
λ
样
透过光λ不变
品
池
瑞 利
散
射
λ
不 变
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Anti-Stocks线
Stocks线
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电 2动 子 1能 基 0级 态
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e e
Rayleigh 散射
Raman 散射
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激发虚态
h(0 - )
= E 分子极化率；
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CCl4的拉曼光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
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CCl4的拉曼光谱
10000
便携式仪器实测图
456
8000
仅测出Stocks线
311
6000
4000
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Raman散射的 两种跃迁能量差： E=h(0 - ) 产 生 stokes 线 ； 强 ；基态分子多；
E=h(0 + ) 产 生 反 stokes 线 ； 弱；
Raman位移： Raman 散 射 光 与 入 射光频率差 ；
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E1 + h0 E2 + h0 h(0 - )