拉曼光谱介绍文稿演示
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中科大拉曼光谱 讲稿3
完成n次反映的效果用 σ n 表示。 当n是偶数时, σ n = E; 当n是奇数时, σ n = σ 。
真轴与真转动
在分子中取一直线，当所有原子绕此直线转 过某一角度后，得到一个等价构型时，所用的直 线叫做真轴，绕此轴所完成的转动叫做真转动。 真轴用符号Cn 表示，下标n表示此轴的价数，θ最小转角 。
一般地说，若取任一对称操作R，它的逆 操作用R-1表示，那么R-1抵消R的效果，即： R-1 R=E。
从以上性质可看出，分子全部对称操作 满足群的定义，因而分子全部对称操作构 成一个对称群。 这就使我们不但可以用群的语言描述 分子的对称性，而且还可以用群的理论方 法研究分子的对称性。
十一 分子的简正振动
分子中各原子在其平衡位置附近不停 地振动着，分子的这种振动是许多简单振 动方式叠加的结果。通常把这些简单的振 动方式叫做分子的简正振动。
1）简正振动的性质
若ai，bi，ci表示分子中第 i 原子在平 衡位置上的直角坐标，xi，yi，zi是此原子 运动到某一点的坐标. 那么相对平衡位置的位移可定为： ∆ xi = xi - ai ，∆ yi = yi - bI ，∆ zi = zi - ci
在PCl3分子中，得到等价构型的最小转角 θ = 120°。
连续完成m 次这样的对称操作用 C 个n 阶真轴Cn可生成n个对称操作，它们是:
m n 表示。一
Cn,C ,c L C
2 n
3 n
n −1 n
,C
n n
= E
4）非真轴与非真转动 在正四面体AB4型分子中，取OO’直线和垂直 于此直线过A 原子的平面σh。 图10-2可以看出OO’直线(C4)和σh都不是对称 元素，但转动-反映整个过程的总效果是一个对 称操作，此时OO’轴叫做非真轴。非真轴用符 号Sn表示，n表示非真轴的价数。Sn = Cnσh 。 Sn中的阶数和Cn阶数相同，在上述例子中。 分子绕OO’ 轴转动2π/4角度，所以此轴可用C4 表示，所对应的Sn轴为S4。 非真转动Sn的效果与 Cn和σh的先后次序无关。
拉曼光谱课件
总结词
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
拉曼光谱原理及应用免费课件
➢ 结构信息（晶体、无定形、同分异构 体…)
Intensity
Band postion band Position shift
Band Width
Raman shift
拉曼光谱的特征
拉曼频移
峰位与激发波长没有关系
多激发波长：选择适合的激发波长
70000
60000
Intensity (a.u.)
50000
20
White light Image
30
40
50
60
40
50
60
70
80
Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
0
SiC的拉曼光谱图
分辨率为 2 cm-s1i普c1通1-5分32辨18率00
4 000
分ssiicc11辨11--553322率1680000 为0.65 csmic-11高1-5分32辨60率0
20 000 15 000 10 000
5 000 0 -40
-30
-20
Z (祄)
共焦状态不好
-10
0
界面？
3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍
拉曼光谱应用领域：
1：半导体材料; 2：聚合体；3：碳材料； 4：地质学/矿物学/宝石鉴定； 5：生命科学; 6：医药；7：化学； 8：环境；9：物理 10：考古；11：薄膜; 12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维 等；爆炸物的研究；墨迹研究；子弹残留物和地质碎片研究
Intensity
Band postion band Position shift
Band Width
Raman shift
拉曼光谱的特征
拉曼频移
峰位与激发波长没有关系
多激发波长：选择适合的激发波长
70000
60000
Intensity (a.u.)
50000
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White light Image
30
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40
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Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
0
SiC的拉曼光谱图
分辨率为 2 cm-s1i普c1通1-5分32辨18率00
4 000
分ssiicc11辨11--553322率1680000 为0.65 csmic-11高1-5分32辨60率0
20 000 15 000 10 000
5 000 0 -40
-30
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Z (祄)
共焦状态不好
-10
0
界面？
3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍
拉曼光谱应用领域：
1：半导体材料; 2：聚合体；3：碳材料； 4：地质学/矿物学/宝石鉴定； 5：生命科学; 6：医药；7：化学； 8：环境；9：物理 10：考古；11：薄膜; 12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维 等；爆炸物的研究；墨迹研究；子弹残留物和地质碎片研究
拉曼光谱分析技术ppt课件
Δν/cm-1
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不 能用实际的上能级来解释，玻恩和黄昆用虚的上能级概念 说明拉曼效应。
假设散射物分子原来处于电子基态，振动能级如上图所示。当 受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起极化可以 看作虚的吸收，表述为跃迁到虚态虚能级上的电子立即跃 迁到下能级而发光，即为散射光。存在如图所示的三种情 况，散射光与入射光频率相同的谱线称为瑞利线，与入射 光频率不同的谱线称为拉曼线。
1.2 拉曼光谱技术的优越性
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） 拉曼光谱一次可同时覆盖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
(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。
(3)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。
拉曼光谱研究高分子样品的最大缺点是荧光散射 。
拉曼光谱原理及应用ppt课件
波数表示 vvs v0 。其中v s 和 v 0 分别为
Stokes位移和入射光波数。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。
Intensity (A.U.)
200200 000 0 150105 000 0 100100 000 0
六. 拉曼光谱发展与联用技术
1.共振拉曼光谱RRS (Resonance Raman Scattering) ➢ 激发频率等于或接近电子吸收带频率时共振
➢ 拉曼强度增万至百万倍，高灵敏度，宜定量 ➢ 共振，高选择性 ➢ 可调染料激光器
2.表面增强拉曼光谱SERS (Surface-Enhanced Raman
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
拉曼位移（Raman shift）
Δv即散射光频率与激发光频之差。 由于拉曼位移Δv只取决于散射分子的结构 而与vo无关，所以拉曼光谱可以作为分子 振动能级的指纹光谱。
与入射光波长无关 适用于分子结构分析
拉曼光谱图
从图中可见，拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBR 压片
同
同属分子振(转)动光谱
红异外：：红适外用于分研子究不对同红原外子的光极的性吸键收振动 －OH强, 度－由C＝分O子，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－子C－极C化－率决定
仪器使用中的注意事项
1.保证使用环境：具备暗室条件；无强震动 源、无强电磁干扰；不可受阳光直射。
2.光学器件表面有灰尘，不允许接触擦拭， 可用气球小心吹掉。
Stokes位移和入射光波数。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。
Intensity (A.U.)
200200 000 0 150105 000 0 100100 000 0
六. 拉曼光谱发展与联用技术
1.共振拉曼光谱RRS (Resonance Raman Scattering) ➢ 激发频率等于或接近电子吸收带频率时共振
➢ 拉曼强度增万至百万倍，高灵敏度，宜定量 ➢ 共振，高选择性 ➢ 可调染料激光器
2.表面增强拉曼光谱SERS (Surface-Enhanced Raman
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
拉曼位移（Raman shift）
Δv即散射光频率与激发光频之差。 由于拉曼位移Δv只取决于散射分子的结构 而与vo无关，所以拉曼光谱可以作为分子 振动能级的指纹光谱。
与入射光波长无关 适用于分子结构分析
拉曼光谱图
从图中可见，拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBR 压片
同
同属分子振(转)动光谱
红异外：：红适外用于分研子究不对同红原外子的光极的性吸键收振动 －OH强, 度－由C＝分O子，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－子C－极C化－率决定
仪器使用中的注意事项
1.保证使用环境：具备暗室条件；无强震动 源、无强电磁干扰；不可受阳光直射。
2.光学器件表面有灰尘，不允许接触擦拭， 可用气球小心吹掉。
第5章拉曼光谱分析法ppt课件
拉曼散射光谱的基本概念
图6-33 散射效应示意图 （a）瑞利和拉曼散射的能级图 （b）散射谱线
拉曼散射光谱的基本概念
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁 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 托斯线。
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。在正常情况 下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度 比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采 用斯托克斯线研究拉曼位移。
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
拉曼光谱在材料研究中的应用
激光拉曼散射光谱法
拉曼光谱的选择定则与高分子构象
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”。例 如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼 光谱没有一条谱带的频率是一样的。
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便 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
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明（图 6-34）。
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。
生物大分子的拉曼光谱研究
第八讲拉曼光谱分析演示文稿
第三十三页，共57页。
有机化学应用
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
第三十四页，共57页。
材料科学应用
在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广： 如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等）， 杂质，缺陷等
晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分 析，催化剂等方面
第三十五页，共57页。
新型陶瓷材料
ZrO2是高性能陶瓷材料
可以作为固体电解质
热稳定性差 掺杂可以提高其稳定性和 导电性能
第三十六页，共57页。
非晶态结构研究
第三十七页，共57页。
晶态结构研究
晶态结构不同，不仅影响 晶格振动变化，还存在声 子色散等现象发生，从而 产生变化
第三十八页，共57页。
表面增强拉曼光谱
利用粗糙表面的作用，使表面分子发生共振，大大提高其 拉曼散射的强度，可以使表面检测灵敏度大幅度提高
如纳米Ag，Au胶颗粒吸附染料或有机物质，其检测灵敏度 可以提高105～109量级。可以作为免疫检测器。
第二十九页，共57页。
紫外拉曼光谱
为了避免普通拉曼光谱的荧光作用，使用波长较短的紫外 激光光源，可以使产生的荧光与散射分开，从而获得拉曼 信息。适合于荧光背景高的样品如催化剂，纳米材料以及 生物材料的分析。
Ethylene is out of this rule
第十五页，共57页。
激光拉曼光谱仪
共性 分子结构测定，同属振动光谱
各自特色
中红外光谱
拉曼光谱
生物、有机材料为主 对极性键敏感 需简单制样 光谱范围：400-4000cm-1
无机、有机、生物材料 对非极性键敏感 无需制样
光谱范围：5-4000cm-1
有机化学应用
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
第三十四页，共57页。
材料科学应用
在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广： 如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等）， 杂质，缺陷等
晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分 析，催化剂等方面
第三十五页，共57页。
新型陶瓷材料
ZrO2是高性能陶瓷材料
可以作为固体电解质
热稳定性差 掺杂可以提高其稳定性和 导电性能
第三十六页，共57页。
非晶态结构研究
第三十七页，共57页。
晶态结构研究
晶态结构不同，不仅影响 晶格振动变化，还存在声 子色散等现象发生，从而 产生变化
第三十八页，共57页。
表面增强拉曼光谱
利用粗糙表面的作用，使表面分子发生共振，大大提高其 拉曼散射的强度，可以使表面检测灵敏度大幅度提高
如纳米Ag，Au胶颗粒吸附染料或有机物质，其检测灵敏度 可以提高105～109量级。可以作为免疫检测器。
第二十九页，共57页。
紫外拉曼光谱
为了避免普通拉曼光谱的荧光作用，使用波长较短的紫外 激光光源，可以使产生的荧光与散射分开，从而获得拉曼 信息。适合于荧光背景高的样品如催化剂，纳米材料以及 生物材料的分析。
Ethylene is out of this rule
第十五页，共57页。
激光拉曼光谱仪
共性 分子结构测定，同属振动光谱
各自特色
中红外光谱
拉曼光谱
生物、有机材料为主 对极性键敏感 需简单制样 光谱范围：400-4000cm-1
无机、有机、生物材料 对非极性键敏感 无需制样
光谱范围：5-4000cm-1
红外光谱和拉曼演示文稿
术和应用不同，习惯上又将红外光区分为 三个区：
波长（m） 近红外区： 0.75 ~ 2.5 波数（cm-1） 13330 ~ 4000
中红外区：
远红外区：
2.5 ~ 15.4
15.4 ~ 830
4000 ~ 650
650 ~ 12
由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变 红外光谱在可见光区和微波光区之间， 化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还 波长范围约为 0.75 - 1000µm，根据仪器技 能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、 术和应用不同，习惯上又将红外光区分为 吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非 三个区： 其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不 波长（m） 波数（cm-1） 在此范围内进行分析。 近红外区： 0.75 ~ 2.5 13330 ~ 4000
⊕Θ⊕
2.3 红外光谱的峰位的影响因素
3. 样品的物理状态
同一样品在不同的物理状态下进行 测定,其吸收峰位也有差别.这是因为气 态一般无缔合现象(HF除外)
4.结晶形态,结晶粒子的大小
5.溶剂的影响
极性基团的伸缩振动频率随溶剂的极性增 加而降低
6.溶液浓度的影响
极性基团的伸缩振动频率随溶液的加大降 低,是由于氢键缔合的缘故.
2.4 红外光谱的峰强的的影响因素
1.分子振动时偶极矩的变化
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩
的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振
动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，
谱带强度也就越弱。
一般地，极性较强的基团（如C=0，C-X等） 振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如 C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。
红外光谱和拉曼光谱 简介
拉曼光谱介绍参考幻灯片
=I / IP
I∥和I⊥——分别代表与激光电矢量平行和垂直的谱线的强度。
3
4
的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高的对称振动模式 。
3 的谱带称为退偏振谱带，表示分子对称振动模式较低。
4
25
拉曼效应相关参数
样品分子对激光的散射和去偏振度的测量
26
拉曼效应相关参数
• 拉曼散射的偏振 值越小，分子的对称性越高。在使用90°背散射几何时，无规取向
(2)收集光学系统 包括宏观散射光路和配置[前置单色器，偏振旋转器， 聚焦透镜，样品，收集散射光透镜(组)，检偏器等]，散射配置有0°、 90°和180°，后两者较常用。
(3)单色器和迈克尔逊干涉仪 有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面 全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀 Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。
• Stokes散射光线的频率低于激发光频率 。反Stokes 线的频率νas＝ν0＋ΔE/h，高于激发光源的频率。
9
拉曼光谱原理
• 拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源 频率之差Δν统称为拉曼位移（Raman Shift）。
• 斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强 度强得多，在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克 斯散射光线。
10
拉曼谱线
斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼谱线。 由于在通常情况下，分子绝大多数处于振动能 级基态，所以斯托克斯线的强度远远强于反斯 托克斯线。
CCl4
斯托克斯线
反斯托克斯线
拉曼位移 Raman ΔSν=h|ifνt0 – νs |
即散射光与激发光频率之差 Δv取决于分子振动能级的改变 因此是特征的
拉曼光谱基本原理通用课件
峰形与对称性 拉曼光谱的峰形反映了散射过程的对称性。对称 性越高，峰形越尖锐；对称性越低，峰形越宽钝。
CHAPTER
内标法与外标法
内标法
通过在样品中添加已知浓度的标准物质作为内标，利用内标物的峰面积或峰高与浓度之间的线性关系，对未知样 品的浓度进行定量分析。
外标法
通过比较已知浓度的标准样品的拉曼光谱与未知样品的拉曼光谱，根据标准样品的浓度和峰面积或峰高之间的关 系，对未知样品的浓度进行定量分析。
峰面积法与峰高法
要点一
峰面积法
通过测量拉曼光谱中某个峰的面积，利用峰面积与浓度之 间的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
要点二
峰高法
通过测量拉曼光谱中某个峰的高度，利用峰高与浓度之间 的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
多元光谱分析方法
• 多元光谱分析方法：利用多个拉曼光谱之间的信息，通过统计分析和数学建模，对未知样品的成分和浓度进行 定量和定性分析。例如偏最小二乘法、主成分分析法等。
拉曼散射的物理过程
当光波与介质分子相互作用时，光波吸收或释放能量，导致光波的频率发生变 化。这种变化遵循斯托克斯-拉曼散射定律。
拉曼光谱的峰位与峰强
1 2 3
峰位的确定 拉曼光谱的峰位表示散射光的频率变化，通常用 波数（cm^-1）或波长（nm）表示。
峰强的意义 峰强表示散射光的强度，反映了散射过程的概率 大小。一般来说，峰强越强，表示该频率的散射 过程越容易发生。
拉曼光谱的未来
随着技术的不断进步，拉曼光谱将在未来发挥更 加重要的作用。
拉曼光谱的基本原理及特点
拉曼光谱基本原理
拉曼光谱是一种基于光的散射效 应的技术，通过分析散射光的频 率和强度来推断样品的性质。
CHAPTER
内标法与外标法
内标法
通过在样品中添加已知浓度的标准物质作为内标，利用内标物的峰面积或峰高与浓度之间的线性关系，对未知样 品的浓度进行定量分析。
外标法
通过比较已知浓度的标准样品的拉曼光谱与未知样品的拉曼光谱，根据标准样品的浓度和峰面积或峰高之间的关 系，对未知样品的浓度进行定量分析。
峰面积法与峰高法
要点一
峰面积法
通过测量拉曼光谱中某个峰的面积，利用峰面积与浓度之 间的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
要点二
峰高法
通过测量拉曼光谱中某个峰的高度，利用峰高与浓度之间 的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
多元光谱分析方法
• 多元光谱分析方法：利用多个拉曼光谱之间的信息，通过统计分析和数学建模，对未知样品的成分和浓度进行 定量和定性分析。例如偏最小二乘法、主成分分析法等。
拉曼散射的物理过程
当光波与介质分子相互作用时，光波吸收或释放能量，导致光波的频率发生变 化。这种变化遵循斯托克斯-拉曼散射定律。
拉曼光谱的峰位与峰强
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峰位的确定 拉曼光谱的峰位表示散射光的频率变化，通常用 波数（cm^-1）或波长（nm）表示。
峰强的意义 峰强表示散射光的强度，反映了散射过程的概率 大小。一般来说，峰强越强，表示该频率的散射 过程越容易发生。
拉曼光谱的未来
随着技术的不断进步，拉曼光谱将在未来发挥更 加重要的作用。
拉曼光谱的基本原理及特点
拉曼光谱基本原理
拉曼光谱是一种基于光的散射效 应的技术，通过分析散射光的频 率和强度来推断样品的性质。
普通拉曼光谱PPT课件
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拉曼散射光谱的显著特征
1.拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同。但对同一样品 而言，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动 转动能级有关。
2. 在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线 对称地分布在瑞利散射线两侧, 这是由于在上述两种情况下分别相 应于得到或失去了一个振动量子的能量。
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普通拉曼光谱的应用
拉曼光谱仪应用领域：
1. 石油领域 检测石油产品质量、定性分析 石油产品组成或种类。 2. 食品领域 用于食品成分的“证实”。 3. 农牧领域 农牧产品的分类及鉴定。 4. 化学、高分子、制药及医学 相202关1/3领/12域
5. 刑侦及珠宝行业毒品检测；珠宝 鉴定 6.环境保护 环保部门水质污染监测、表面污染 检测和其他有机污染物。 7. 物理领域 光学器件和半导体元件研究。 8.古物古玩鉴定、公安刑事鉴定等 其他领域
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拉曼光谱技术的优缺点及发展前景
影响拉曼光谱前景的因素：
1.市场动态—市场呈强势增长状态，成为科研机构的新“宠儿”。
最新研究报告表明，2014年，拉曼光谱市场价值超过1.3亿美元，显示出
高潜力的增长态势，2020年全球实验室和手持拉曼仪器的市场将达5.24亿
美元。
2.产品研发—机构、企业共同发力，创新成为拉曼光谱仪发展的第一动力。
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拉曼光谱技术的优缺点及发展前景
拉曼光谱仪的应用领域十分广泛，国家的政策法规为拉曼光谱仪的 市场发展保驾护航，科研机构和国产企业为拉曼光谱仪的发展提供 了源源不断的动力。综合这些因素，拉曼光谱具有十分良好的发展 前景。
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拉曼活性
拉曼光谱特点
拉曼光谱与红外光谱的关系
同
同属分子振(转)动光谱
红异外：：红适外用于分研子究不对同红原外子的光极的性吸键收振动 －OH强, 度－由C＝分O子，偶－极C距－决X定
拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动 －N－N－, －C－C－ 互补
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对 拉曼光谱与红外光谱的关系
称
中
心
分
子 的
i94r2 2(n n2 2 2 2 n n1 1 2 2)2V2N0(I1c2o2 s)
拉
拉
曼 散 射
λ
λ
曼
增减散 大小射
变
λ
强
度 很
样
透过光λ不变
品
低
池
瑞
利
1
散
10 7
λ
射
不
变
Anti-Stocks线
拉曼光谱原理 Stocks线
e
e
受室激温虚时态处不于稳基定态e，振很动快能(级10的e-8分s)跃子回很基少态，
• 这是拉曼光谱进行分子结构定性分析和晶体结构分析的理 论依据
拉曼活性
• 分子在光波的交变电磁场作用下会诱导出电偶极矩：
＝0 E0 cos2 0 t＋1/2 q0 E0 (d / d q) 0 [cos2 (0-) t + cos2（0+) t]
式中：－分子诱导的偶极矩； E－激发光的交变电场强度 ； －分子极化率（Polarizability） 描述电介质极化特性的微观参数，简称极化率。
即散射光与激发光频率之差 Δv取决于分子振动能级的改变 因此是特征的
位移与入射光波长无关
适用于分子结构分析
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拉曼光谱基本原理
• 拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基 态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此， 与之对应的拉曼位移是特征的。
• 拉曼位移也与晶格振动有关，可以研究晶体材料的结构特 征；
物，材料等分析 ，尤其是纳米材料分析
拉曼效应：
一束单色光 入射于试样后
透射 散射 吸收
瑞利散射（频率不变） 拉曼散射（频率改变）
分子结构的信息
瑞利散射
• 弹性碰撞： 只改变方向，不改变能量。 • 当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发
生相互作用时，大部分光子仅是改变了方向， 发生散射，而光的频率仍与激发光源一致，这 种散射称为瑞利(Rayleigh)散射。
• 斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强 度强得多，在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克 斯散射光线。
拉曼谱线
斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼谱线。 由于在通常情况下，分子绝大多数处于振动能 级基态，所以斯托克斯线的强度远远强于反斯 托克斯线。
CCl4
斯托克斯线
反斯托克斯线
拉曼位移 Raman ΔSν=h|ifνt0 – νs |
拉曼原理-LRS与IR比较
• 拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光 的吸收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
• 分子的非对称性振动和极性基团的振动，都会引起分子偶极距的 变化，因而这类振动是红外活性的；而分子对称性振动和非极性 基团振动，会使分子变形，极化率随之变化，具有拉曼活性。
大An部ti-分st能oc量ke不线变也，远小少部于分st产oc生ks位线移。。
温度升温高 度升高，反斯托克斯线增加。
概率大！
3 振电
2Hale Waihona Puke 动子 能基1 级态
e
0
e
温州大学化材学院
2021/3/13
Rayleigh 散射 Raman 散射
微纳结构材料 & 物理化学研究所
9
9
拉曼光谱原理
• 斯托克斯（Stokes）拉曼散射
O=C=O
O=C=O
光
对称伸缩
反对称伸缩
谱 选
偶极距不变无红外活性
偶极距变有红外活性
律 极化率变有拉曼活性 极化率不变无拉曼活性
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振动自由度：3N- 4 = 4
1 S C S
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3
SCS
4
红外活性
红外光谱—源于偶极矩变化
拉曼光谱—源于极化率变化
对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活性振动，又 是拉曼活性振动。
拉曼光谱介绍文稿演示
优选拉曼光谱介绍
目录
• 拉曼效应及其经典理论 • 拉曼散射的偏振 • 拉曼峰的强度 • 拉曼频率和转动频率 • 温度和压力对拉曼峰的影响 • 拉曼光谱仪 • 拉曼光谱的应用
光散射
• 光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏 离原来方向而分散传播，从侧向也可以 看到光的现象，叫做光的散射。
分子由处于振动基态E0被激发到激发态E1时，分子 获得的能量为ΔE，恰好等于光子失去的能量：ΔE＝ E1－E0，由此可以获得相应光子的频率改变Δν＝ ΔE/h
• Stokes散射光线的频率低于激发光频率 。反Stokes 线的频率νas＝ν0＋ΔE/h，高于激发光源的频率。
拉曼光谱原理
• 拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源 频率之差Δν统称为拉曼位移（Raman Shift）。
• 介质中粒子的直径小于入射光波长，粒 子的外层电子受到激发后做受迫振动， 产生偶极子，相当于次级光源，即散射
光。 ＝ E＝ E0 cos2 0 t
激光拉曼光谱基础
• 1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 • 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 • 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子
振动光谱 • 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药
α= α0+(dα/dq)0q q=q0cos2∏w1t
拉曼光谱原理－拉曼活性
• 并不是所有的分子结构都具有拉曼活性的。分子振动是否 出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程中某一固定方向 上的极化率的变化。
• 对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率是否 改变来判断的。
• 对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下，肯定 会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强；而对于 离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不能产生拉曼 活性。
• 拉曼光谱适合同原子的非极性键的振动。如C-C，S-S，N-N键等， 对称性骨架振动，均可从拉曼光谱中获得丰富的信息。而不同原 子的极性键，如C=O，C-H，N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。 相反，分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。拉曼光谱和 红外光谱是相互补充的。
• 第一项对应于分子散射光频率等于激发光频率的瑞利散射； 第二项对应于散射光频率发生位移改变的拉曼散射，其中0为Stokes线，0+为Anti-Stokes线。
• (d / d q) 00是拉曼活性的依据，即分子振动时，凡是分子 极化率随振动而改变，就会产生拉曼散射，即分子具有拉曼 活性。
拉曼活性