拉曼光谱分析
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是光谱学中重要的一个分支，主要研究物质中原子结构的组成和构型结构，利用拉曼散射原理分析物质对广谱激发源的散射反应。
拉曼光谱分析方法被广泛应用于分子的结构异质性研究、环境材料的测定、有机合成反应机理的研究、可见光和红外区域的分子性质的研究等方面。
拉曼光谱的分析方法包括多种，其中最常用的是红外-可见拉曼光谱(IR-vis Raman spectroscopy)，这种技术在各种分析应用中都十分有效、稳定。
拉曼光谱分析可以在多种范围内提供良好的空间分辨率、时间分辨率和动态分析性能，且结果可靠。
拉曼光谱分析主要以拉曼光谱仪为仪器，以激发源、解调装置、光谱检测器、数据处理系统等组成，可进行对不同物质的定量分析。
拉曼光谱的研究方法有许多，其中最常用的是拉曼显微镜的应用，这种方法可以使显微样品中的全部结构特征得到清晰的绘制，拉曼显微镜可用来分析单分子及结构光谱学研究、微量物质成份及结构研究以及其他有机和无机分析等领域。
另外，还有拉曼聚焦显微镜，它是结合传统的拉曼光谱技术和显微成像技术的一种有效的组合，可以同时采集拉曼光谱和显微图像，这在分析特定位置的光谱特征方面有很大的用处，这类技术的系统也可以应用于生物样本的光谱探测分析，可以获得更为精确的结果。
拉曼光谱分析技术也在电化学领域发挥了重要作用，利用拉曼光谱技术可以快速准确地测定电化学反应物质中各种元素的含量，这种方法被用来研究聚合物材料及其电化学性质。
拉曼光谱分析在研究物质化学结构和性质的领域中发挥重要的作用，同时也在生物医学方面被广泛应用，可用来对细胞核基因组和细胞膜的化学特性进行研究，帮助科学家解释复杂的细胞过程。
总之，拉曼光谱分析是光谱学的一种重要技术，它可以提供准确的结果，在生物、物理等多个领域都有重要的应用，未来仍将有更大的发展前景。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非侵入性的光谱技术，通过对物质分子的振动模式进行分析，可以快速、准确地确定样品的组成。
本文将对拉曼光谱分析的原理、应用和进展进行介绍。
拉曼光谱分析的原理基于拉曼散射效应，该效应是指当入射光与物质发生相互作用时，一部分光通过散射的方式改变了频率。
这种散射光称为拉曼散射光，其频率与样品分子的振动和转动状态有关。
通过对拉曼散射光的分析，我们可以得到所谓的拉曼光谱。
在拉曼光谱中，有两个重要的参数需要注意，即拉曼频移和拉曼强度。
拉曼频移是指散射光频率与入射光频率之差，而拉曼强度则反映了散射光的强弱。
拉曼光谱的应用非常广泛。
首先，它可以用于物质的结构鉴定和分析。
对于无机物质和有机分子，拉曼光谱可以提供它们的分子振动信息，从而确定其结构和成分。
此外，拉曼光谱还可以用于药物分析、食品安全检测、环境监测等领域。
在药物分析中，拉曼光谱可以用于快速鉴定药物的成分和纯度。
通过比较样品的拉曼光谱与已知药物的光谱数据库，我们可以确定样品中的主要成分。
这对于药品的质量控制和合理使用非常重要。
在食品安全检测中，拉曼光谱可以用于检测潜在的有害物质，如农药残留、食品添加剂、毒素等。
相比传统的检测方法，拉曼光谱不需要对样品进行破坏性处理，具有非侵入性和快速分析的优势。
在环境监测中，拉曼光谱可以用于检测水、空气、土壤等环境样品中的污染物。
由于拉曼光谱技术可以实时、无损地进行分析，它被广泛应用于环境监测、灾后评估等领域。
随着科技的进步，拉曼光谱分析技术也在不断发展和完善。
一方面，随着光学元件和光谱仪器的改进，现代拉曼光谱系统的灵敏度和分辨率不断提高。
另一方面，人们还在不断开发新的方法和算法，以提高拉曼光谱分析的准确性和效率。
目前，有许多研究正在进行中，以应对拉曼光谱分析中的挑战。
例如，一些研究人员正在探索使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术，以提高低浓度样品的检测限。
另外，还有一些研究致力于利用人工智能算法对大量的拉曼光谱数据进行处理和分析，以实现自动化和高通量分析。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析简介拉曼光谱分析是一种非常重要的光谱分析技术，它通过测量物质产生的拉曼散射光谱，来获取样品的结构和化学特性信息。
拉曼光谱分析是一种非毁灭性的分析技术，具有快速、灵敏、无需样品处理等优点。
本文将介绍拉曼光谱分析的原理、仪器设备以及应用领域。
原理拉曼光谱是一种由分子振动引起的散射光谱，它是分子能级间跃迁导致的，这种能级间跃迁通常称为拉曼散射。
拉曼散射有两种类型：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射不改变光子的能量，而非弹性散射改变光子的能量。
拉曼光谱分析主要关注非弹性散射。
拉曼光谱分析的原理可以用以下简单的公式表示：其中，ω0是激发激光的频率，ωR是散射光的频率。
Δω = ωR - ω0称为拉曼位移，它表示了散射光与激发激光的频率差异。
仪器设备进行拉曼光谱分析需要使用拉曼光谱仪。
典型的拉曼光谱仪由以下几个主要部分组成：1.激光源：用于提供激发激光。
激光源通常使用激光二极管或气体激光器。
2.光学系统：包括收集和聚焦激光光束的透镜、散射样品的光学系统和收集散射光的光学系统。
3.光谱仪：用于分析收集到的散射光谱。
光谱仪通常包括光栅或狭缝，用于分离不同频率的散射光。
4.光敏探测器：用于测量分离后的散射光强度。
光敏探测器常用的包括光电二极管和光电倍增管。
5.数据处理系统：用于控制仪器设备，获取和分析光谱数据。
应用拉曼光谱分析在很多领域都有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：化学分析拉曼光谱可以用于分析和鉴定化学物质。
由于每种化学物质具有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对样品的拉曼光谱与标准库中的光谱，来确定样品的成分和浓度。
生物医学研究拉曼光谱分析在生物医学研究中有很多应用。
例如，可以使用拉曼光谱分析来研究细胞的组成和结构，从而了解生物体内部的变化和疾病发展。
材料科学拉曼光谱分析在材料科学中也有广泛应用。
它可以用于表征和鉴定材料的结构、纯度和晶格缺陷等特性。
同时，拉曼光谱还可以研究材料的相变和相互作用等过程。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是20世纪80年代发展起来的一种无损检测技术，由于它能够直接检测出样品中微量元素的特征波长，因此这种方法可用于任何类型材料的定性、定量检测。
拉曼光谱通常是使用电子轰击被检物品，从而引起其内部结构的变化，形成以拉曼位移为特征的吸收光谱。
由于人体组织会发生多种物理和化学反应，因此拉曼光谱也可以对其进行定性、定量分析。
拉曼光谱既适用于各种样品的定性、定量检测，也适用于原材料的鉴别。
拉曼光谱是利用多层次样品对光的选择吸收，如同黑暗中的电灯泡，辐射光源照射在物质上，物质对不同频率的电磁波产生的选择吸收不同。
样品在拉曼光谱仪器里所受到的辐射强度正比于样品浓度的平方，光的强度越大，吸收就越强，被吸收的辐射功率就越弱，这个信号就是拉曼位移信号，它有一个峰值。
把光谱分成若干个区间，每一个区间代表一个样品，这样就得到了被分析样品的拉曼光谱图。
对于拉曼光谱法，由于需要专业的设备，操作也较为复杂，还有一些缺点，因此它只适合于某些特殊的场合，例如：科研机构研究单一样品；某些工艺流程中的产品或某一特殊阶段产品等。
例如，金属铜中含有Cu，分析其含量，可以采用其他方法，但是由于该铜样品本身具有磁性，用传统的方法测试比较困难，此时可以采用拉曼光谱法，只要检测出Cu的拉曼光谱，即可以测定铜中的含量，又如钢铁中碳的含量测定，在工业生产过程中会加入微量元素，当碳含量达到0。
1%时就不能排除其他杂质，此时就可以采用拉曼光谱分析法，找到碳含量小于0。
1%的碳，那么此批钢铁的合格率就能达到100%。
再如食品和药品等也可以通过拉曼光谱法进行检测。
目前我国的日用化学品已经全部列入强制性检验范围，凡是进口的产品都必须进行拉曼光谱分析。
以下介绍拉曼光谱的工作原理：被检测样品与入射电子之间存在着相互作用，引起样品中特征拉曼位移的强度称为拉曼增强。
拉曼位移的强度与样品浓度呈线性关系，可用拉曼增强的拉曼位移来确定样品的浓度。
拉曼增强的位移与样品的种类和浓度有关，并且随样品浓度增加而增大。
拉曼光谱分析技术
拉曼光谱分析技术一、原理拉曼光谱是一种光散射过程，它与样品分子的振动、转动、晶格等能级转变有关。
当激光通过样品时，部分激光光子会与样品中的分子相互作用，光子能量的改变即为拉曼散射光，其频率差等于与样品分子能级差的振动频率。
通过收集和分析拉曼散射光的强度和频率，就可以得到样品的拉曼光谱，从而得到样品的分子结构信息。
二、仪器拉曼光谱仪主要由三部分组成：光源、光学系统和光谱仪系统。
1.光源：常用的光源有连续性或脉冲激光器，如气体激光器、液体激光器、固体激光器等。
激光器发出的单色、高亮度光源是拉曼光谱分析的关键。
2.光学系统：光学系统主要由透镜、滤光片、光纤耦合器等组成，主要用于对激光进行准直、聚焦和收集样品的反散射光。
3.光谱仪系统：光谱仪系统由光栅、光电倍增管（PMT）、光谱仪等组成。
它用于分离和检测样品散射光的强度和频率。
三、应用1.材料科学领域：拉曼光谱分析技术可以用来研究材料的结构、组成、相变、晶格缺陷等。
例如，可以通过拉曼光谱分析研究材料中不同相的相对含量、晶格缺陷的种类和分布情况，从而为材料的合成和改性提供参考。
2.生命科学领域：拉曼光谱分析技术也可以用来研究生物分子的结构和功能。
例如，可以通过拉曼光谱分析研究蛋白质、核酸、多肽等生物分子的二级结构、药物与生物分子的相互作用等。
3.环境监测领域：拉曼光谱分析技术可以用于环境样品的分析和监测。
例如，可以通过拉曼光谱分析来快速检测土壤、水体、空气中的有机物、无机物等，同时还可以用于检测环境中的微量毒害物质。
4.法医学应用：拉曼光谱分析技术在法医学中也有广泛的应用。
例如，可以通过对酒精、毒品、爆炸物等样品的拉曼光谱分析来鉴定和识别这些毒性物质。
5.药物分析领域：拉曼光谱分析技术可用于药物的结构鉴定、质量控制等。
例如，可以通过拉曼光谱分析来鉴定药物中存在的杂质和假药，也可用于药物的溶解度研究和纯度检测。
综上所述，拉曼光谱分析技术具有无损、快速、无需或少需样品处理等优点，广泛应用于科学研究、材料分析、工业生产和环境监测等领域。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种基于光谱仪技术的分析方法，通常用于分析分子结构，研究物质的组成成分，识别有机和无机化合物。
拉曼光谱是物质中分子键的动力学反应的结果。
当分子键之间的应力改变时，分子中的电子会从一种能量状态转变到另一种能量状态，这时会有光谱信号产生。
通过对拉曼光谱的研究，可以了解分子的结构及分子内的化学键的特性，从而完成分子结构鉴定等实验。
拉曼光谱分析的主要原理是，当物质由较低能级到较高能级时，由于能量平衡要求，物质发出拉曼谱线，用以表示分子结构的特征。
由于当物质进入较低能级时，物质发出的拉曼谱线比较弱，因此，传统的拉曼光谱分析需要用特殊的仪器，如电子光谱仪和质谱仪，来获取分子结构的特异性信号，然后用统计学方法对信号进行处理以获取拉曼光谱。
拉曼光谱分析具有一些独特的优点，如灵敏度高、量程可调，可以用于检测微量样品中的化合物。
它可以用于检测复杂结构物质，如生物分子等，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量。
此外，拉曼光谱分析可用于检测吸收形式的化学反应。
因此，拉曼光谱分析是不可缺少的实验技术，在分析有机化合物结构、研究物质组成成分、鉴定有机物等方面被广泛应用。
拉曼光谱分析是一种非常重要的分析技术，它可用于研究分子结构、分析有机化合物的组成成分和鉴定有机物，在分子结构的研究中发挥着重要作用。
它的灵敏度高、量程可调，可用于检测微量样品中的化合物，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量，并且可用于研究复杂结构物质，因此得到了更广泛的应用。
总之，拉曼光谱分析是一种重要的实验技术，它是一种既高灵敏又量程可调的分析技术，可以用来分析物质的组成成分、识别有机物和无机物，也可以用来研究分子的结构特征，并定量分析分子中的各种元素含量，是研究分子结构和检测化合物定量分析的重要工具。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种测量物质的光谱分析技术，它可以研究物体表面或内部的结构，从而确定它们的组成成分。
拉曼光谱分析是分析物质结构与物理性质之间关系的一种重要方式，其应用已遍及分子生物学、纳米材料学、材料科学、纳米电子学、化学物理学等领域。
拉曼光谱分析是使用拉曼光谱仪记录目标物质拉曼散射光谱的一种分析方法。
拉曼散射是一种光学现象，当电子在物质中移动时，它们试图抵抗外界的能量的冲击，从而产生量子振荡，这就是拉曼光谱。
拉曼光谱分析主要通过对拉曼光谱的分析，来研究给定物质的结构和性质之间的关系，也可以分析物质中的激发态，从而识别物质的组成及其结构特征。
拉曼光谱分析基本原理可以归结为外界的光谱刺激与物质的拉曼散射之间的相互作用。
拉曼散射的发生被定义为由物质激发而产生的能量损失，外界刺激的光谱能量消耗是有限的，因此其在拉曼散射的物质上的散射可以失去一部分能量，由此，可以计算出物质中激发态的能量损失。
从而根据光谱散射的一般规律，可以计算出物质中激发态的能量分布，从而确定物质组成成分。
拉曼光谱分析有很多优点：首先，它只需要一个小而简单的拉曼光谱仪，就能大量的分析物质结构，可以清晰的了解到物质的结构信息；其次，拉曼光谱分析与其他分析方法相比，分析周期较短，耗费较少；最后，拉曼光谱分析可以准确无误地测量物质的结构组成及其相关性质。
然而，拉曼光谱分析并不是完美的，它也存在一些缺点：首先，拉曼光谱仪较为昂贵，是一种典型的大型仪器，增加了实验成本；其次，拉曼光谱分析也受不同物质的表面形态的限制，无法清晰的获取低比表面状态的信息；最后，拉曼光谱分析中的仪器稳定性较差，需要经常的校正和维护。
虽然拉曼光谱分析存在一定的局限性，但是它仍然是一种非常有效的物质结构分析技术，应用广泛，有助于我们进一步深入理解物质的结构性质，找到有效的分析方法。
因此拉曼光谱分析在这些领域有着重要的地位，对未来研究者起到重大的作用，有助于促进物质领域的发展。
拉曼光谱拉曼光谱分析
引言概述：拉曼光谱是一种非侵入性的光谱分析技术，可以用来研究物质的化学成分、结构和分子间相互作用等信息。
通过测量样品与激发光相互作用后反散射光的频移，可以得到样品的拉曼光谱图谱。
拉曼光谱具有快速、灵敏和无需样品处理等优势，因此在化学、材料科学、生物医学和环境科学等领域被广泛应用。
正文内容：一、理论基础1. 拉曼散射原理：介绍拉曼光谱的基本原理，包括应力引起的拉曼散射和分子振动引起的拉曼散射。
2. 基本理论模型：介绍拉曼光谱的基本理论模型，包括简谐振动模型和谐振子模型等。
二、仪器设备1. 激发光源：介绍常用的激发光源，如激光器和光纤激光器等，以及它们的特点和选择。
2. 光谱仪：介绍常用的拉曼光谱仪，包括激光外差光谱仪和光纤光谱仪等，以及它们的原理和优缺点。
3. 采样系统：介绍拉曼光谱的采样系统，包括反射式、透射式和光纤探头等，以及它们的适用范围和操作注意事项。
三、数据处理与分析1. 光谱预处理：介绍光谱预处理的方法，包括光谱平滑、噪声抑制和基线校正等，以提高数据质量和减少干扰。
2. 谱图解析：介绍拉曼光谱谱图的解析方法，包括峰拟合、峰识别和谱图比较等，以确定样品的化学成分和结构信息。
3. 定量分析：介绍拉曼光谱的定量分析方法，包括多元线性回归和主成分分析等，以快速准确地测量样品的含量和浓度。
四、应用领域1. 化学分析：介绍拉曼光谱在化学分析中的应用，包括有机物和无机物的定性和定量分析，以及催化剂和原位反应研究等。
2. 材料科学：介绍拉曼光谱在材料科学中的应用，包括纳米材料、多晶材料和聚合物等的表征和结构分析。
3. 生物医学：介绍拉曼光谱在生物医学中的应用，包括体液中代谢产物和蛋白质的检测，以及癌症和药物代谢研究等。
4. 环境科学：介绍拉曼光谱在环境科学中的应用，包括土壤和水体中有机物和无机物的检测，以及大气污染和环境污染物的监测等。
五、发展前景与挑战1. 发展前景：介绍拉曼光谱在未来的发展前景，包括高灵敏度和高分辨率的光谱仪、纳米尺度的光学探针和超快激光技术等。
第四章拉曼光谱分析
因此，拉曼位移是特征的。 这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的
理论依据
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4.2.2 拉曼光谱选律和选择定则
1、能量相当原则：(即光谱选律)
振动量子力学理论： 分子的振动是量子化的，处于不同的能级上 只有吸收、放出能量和振动能量等时，才会 引起振动能级间的变化，即E = hυ
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2、极化率
判断原则
相互排斥规则：
凡具有对称中心的分子，若分子振动对拉曼是活性的，
则红外就是非活性的。反之，若对红外是活性的，则拉 曼就是非活性的。
相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，若其分 子振动对拉曼是活性的，对红外也是。 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。如乙稀分子的扭曲振动，既没 有偶极距变化也没有极化率的变化。
活性相异
C-C，S-S，N-N键等对称性骨架振动，均可从 拉曼光谱中获得信息。 拉曼光谱适合相同原子的非极性键振动。
不同原子的极性键，如C=O，C-H，N-H和OH等，在红外光谱上有反映。 分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。
可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的。
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LRS与IR比较
其激发波长为514.5nm和488.0nm，单线输出功 率2W。
激发光源的波长可以不同，但不会影响其拉
曼散射的位移。 但对荧光以及某些激发线会产生不同的结果。
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仪器结构
不同激发波长的激光器
激光区域
可见区
激光波长 激光器类型
514nm 633nm 785nm 1064nm Ar+ He-Ne 半导体 YAG
近红外
紫外
325nm
第八讲拉曼光谱分析
第八讲拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非常常用的分析技术，在化学、物理、生物医学等领域都有广泛的应用。
拉曼光谱是一种由拉曼散射引起的光谱，可以提供样品的分子结构、化学键强度以及晶体结构等信息。
拉曼光谱分析有着许多优点，如非破坏性、非接触性、无需特殊的样品处理等，因此成为一种重要的分析方法。
拉曼效应最早由印度物理学家拉曼在20世纪20年代发现，并在1930年获得诺贝尔物理学奖。
拉曼效应是光的一种散射现象，当光通过物质后，一部分光被散射，并且散射光发生了频率的变化。
这种频率变化是由于散射光与物质发生相互作用导致的，这种相互作用使得光子与分子之间发生能量交换。
拉曼光谱仪的基本原理是在激发光线和散射光线之间存在着特定的频率差，该频率差与样品的分子结构和振动模式有关，通过测量这个频率差可以获得样品的分子信息。
拉曼光谱图通常以散射光的强度作为纵轴，以拉曼位移（拉曼频移与激发光频率之差）作为横轴，可以得到一个关于样品散射光的强度分布图谱。
根据拉曼光谱的特点，可以对样品进行定性和定量分析。
对于定性分析，主要通过对拉曼光谱图的解析来确认样品的组成和化学结构。
每种物质的分子结构和振动模式是唯一的，因此通过对比样品的拉曼光谱与已知物质的光谱数据库，可以确定样品的物质组成。
而对于定量分析，可以通过对拉曼峰的积分峰面积或峰高进行计算，根据标准曲线或定量关系来确定样品中其中一种成分的含量。
拉曼光谱分析具有许多优点。
首先，它是一种非破坏性分析方法，不需要对样品进行特殊的处理或制备，而且不需要接触样品，避免了对样品产生影响。
其次，拉曼光谱可以在液体、固体和气体等各种状态下进行分析，适用范围非常广泛。
此外，拉曼光谱仪器相对较简单，易于操作和维护，可以进行实时监测和快速分析。
拉曼光谱分析在许多领域有广泛的应用。
在化学领域，可以用于物质的鉴定、检测和定量分析。
例如，可以通过拉曼光谱来分析化学反应中的中间体和产物，以及药物的成分和结构等。
波谱学课件——拉曼光谱6Raman
（3）从光的波动性分析拉曼散射的产生
光是电磁波，即它是沿某一方向传播的交变 电磁场。其交变电场可用下式描述：
E=E0cos（2πν′t）
E —在任意t时刻的电场强度； E0—入射光的交变电场强度； ν′为交变电场的频率
样品分子的电子云在交变电场的作用下会诱 导出电偶极矩：
μ=αE
式中 μ—样品分子诱导的偶极矩 E—入射光的交变电场强度 α—分子的极化率（polarizability）
例：
有较大偶极矩 变化的as （-NO2） IR吸收强， Raman谱带弱； 而苯环的骨架 （C=C）极性很 小，出现较强的 Raman谱带和很 弱的IR吸收。
有些谱峰在 两图谱中同时 出现，有些谱 峰只在某一图 谱中出现，两 谱互补，明显 增加了识别和 解释图谱的信 息来源。
Raman光谱适合于研究水溶液体系 水对于红外辐射几乎是完全不透明的，但却是 弱的散射体。这使得拉曼光谱最宜用于研究生 物样品。例：多肽的结构及在水溶液中的构象 测定， Raman光谱可提供重要的信息。
位移是分子振动的特征，是分子振动时极化率发生改 变所致。
（2）从光的粒子性分析Raman散射的产生
光子具有的能量 E=hv h—普朗克常数 v —频率
雷利散射：弹性碰撞，方向改变，能量未变， 散射光的频率也未变； 拉曼散射：非弹性碰撞，方向改变，能量也改 变，光的频率改变；
从分子能级的角度来讨论光子与物质分子的作用
对于结构的变化， Raman有可能比IR更敏感 例如海洛因、吗啡和可待因，三者的主体骨架相 同，仅是环上的取代基有差别。三者的Raman在 600-700cm-1的谱带有明显的不同，1600-1700cm-1 的峰也不同。
FT-Raman光谱也适合做差示光谱 例如要测定片剂中的有效药物成分
拉曼光谱分析
第24讲本讲重点：1．拉曼光谱的基本原理。
2．拉曼光谱产生的条件。
第3节拉曼光谱分析1拉曼光谱分析的基本原理1.1概述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，这种散射叫做瑞利散射，由英国科学家瑞利于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，经过滤光的阳光呈蓝色，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，并且这种散射光谱是研究分子结构的主要手段。
因这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔奖，且这种散射光谱以拉曼的名字命名。
1928~1940年，拉曼散射光谱受到广泛的重视，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；随后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；到了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。
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。
1.2拉曼光谱的基本原理（重点）光与透明物质之间的作用分以下几种：透射、反射、吸收、散射。
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，叫做光的散射散射的分类：（1）弹性散射（瑞利散射）：入射的光子与物质相互作用后 ,方向改变,能量不变，λ不变散射光和入射光波长相同，散射光的强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比。
拉曼光谱分析
进一步，由于拉曼光谱的一些特点，如水和玻璃的散射 光谱极弱，因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用 具有突出的优点。
生物大分子的拉曼光谱研究
生物大分子中，蛋白质、核酸、磷脂等是重要额生命基础物质，研 究它们的结构、构像等化学问题以阐明生命的奥秘是当今极为重要的研 究课题。应用激光拉曼光谱除能获得有关组分的信息外，更主要的是它 能反映与正常生理条件（如水溶液、温度、酸碱度等）相似的情况下的 生物大分子分结构变化信息，同时还能比较在各相中的结构差异，这是 其他仪器难以得到的成果。
去偏振度) 表征分子对称性振动模式的高低。
I
I∥
(6-17)
式中I⊥和 I// ——分别代表与激光电矢量相垂直和相平行的谱线的强度。
＜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； =
3/4的谱带称为退偏振谱带，表示分子的对称振动模式较低，即分子是不对称 的。
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
分子结构模型的对称因素决定了选择原则。比较理论结果与实际测量的 光谱，可以判别所提出的结构模型是否准确。这种方法在研究小分子的结构 及大分子的构象方面起着很重要的作用。
拉曼光谱在材料研究中的应用
高分子的红外二向色性及拉曼去偏振度
激光拉曼散射光谱法
NH 伸 缩 振 动 (3300cm-1)
垂直于拉伸方 向取向
CH2伸缩振动 (3000～ 2800cm-1)，垂 直于拉伸方向 取向
第5章_拉曼光谱分析法
第5章_拉曼光谱分析法拉曼光谱分析法是一种基于光散射现象的分析方法，利用样品与激光束相互作用产生的散射光谱进行定性和定量分析。
它具有非接触、无损、无需特殊处理样品等优点，可以广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
拉曼光谱是一种特殊的光散射现象，它是指当光线通过样品时，与样品中的分子或晶体发生相互作用，产生了与入射光不同频率的光线。
这种频率差异所产生的光谱称为拉曼光谱。
拉曼光谱的频率差值与样品的化学成分和结构有关，因此可以通过分析拉曼光谱来确定样品的组成和结构信息。
拉曼光谱分析法的原理是基于拉曼散射的特点。
当激光束照射到样品上时，部分光会被样品吸收，其余部分则会发生拉曼散射。
拉曼散射有两个主要成分：斯托克斯散射和反斯托克斯散射。
斯托克斯散射是指散射光的频率低于入射光的情况，而反斯托克斯散射是指散射光的频率高于入射光的情况。
拉曼光谱分析主要包括拉曼散射光谱的测量和数据的处理与解析两个步骤。
在测量过程中，首先要选择合适的激光源和光谱仪器，激光的选择应该能够激发样品的拉曼散射，并且要避免与样品产生共振散射的情况。
光谱仪器则需要具备高分辨率和高灵敏度，以获取清晰的拉曼散射光谱。
数据的处理与解析是拉曼光谱分析的关键步骤。
首先需要对所得的拉曼光谱进行预处理，包括去除背景噪声、波峰的校正和峰的归一化等。
然后可以通过对光谱进行拟合和峰的分析来获得样品的组成和结构信息。
常用的数据处理方法包括主成分分析、偏最小二乘法和支持向量机等。
拉曼光谱分析法在材料科学领域有着广泛的应用。
例如，可以利用拉曼光谱分析法对纳米材料的大小、形状和晶格结构进行表征；可以通过拉曼光谱分析法对药物的纯度和杂质进行检测；可以利用拉曼光谱分析法对生物标志物进行快速识别和检测等。
此外，拉曼光谱也可以应用于环境监测、食品安全和法医学等领域。
综上所述，拉曼光谱分析法是一种非常有价值的分析手段，它通过测量样品的拉曼散射光谱来获得样品的组成和结构信息。
它具有非接触、无损、无需特殊处理样品等优点，可以应用于多个领域。
拉曼光谱分析法
分子振动与转动光谱 拉曼光谱分析技术是以拉曼散射为基础建立起来
的分子结构表征技术
主要适用于有机物官能团定性和结构分析，与红外光谱类似，但 特点不同。
第三页，共36页
拉曼光谱的发展： 是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现
（获1930年诺贝尔物理学奖）。
第一页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述 二、拉曼光谱图
1、瑞利散射与拉曼散射 2、拉曼光谱图 3、拉曼光谱与分子极化率的关系
三、去偏振度
四、共振拉曼效应
第二页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述
C.V.Raman，the Indian physicist
1930 Nobel Prize
第九页，共36页
CCl4的拉曼光谱
便携式仪器实测图 （Stocks线）
可见，拉曼光谱观测的是相对于入射光频率的位移 （用波数表示）。
第十页，共36页
因此，拉曼光谱图是以拉曼位移为横坐标，谱带强度
为纵坐标作图得到。
拉曼位移（Raman shift） Δν=| ν拉曼散射 – ν激发光 |
即拉曼散射光频率与激发光频率之差取绝对值。Δv取决于分
Ø 同核双原子分子，它们振动是否具有红外或拉曼活性？
ØCS2分子的对称伸缩振动时，是否具有红外或拉曼活性？反对称
伸缩振动时呢？
第三十六页，共36页
谱还可得到另一个重要的参数——去偏振度。这对于各振 动形式的谱带归属和重叠谱带的分离是很有用的。
第十四页，共36页
处于218cm-1及314cm-1的拉曼谱带，测得值约为ρ=
0.75，属于不对称振动；459cm-1处的ρ= 0.007则为对称 振动。
第八讲拉曼光谱分析
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。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
6
拉曼原理
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
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晶粒度影响
利 用 晶 粒 度 对 LRS 散 射 效应导致的位移效应， 还可以研究晶粒度的信 息
41
晶粒度的影响
8nm 152 85nm 147
42
新型碳物种的研究
有机碳 无机碳：无定型，石墨，石墨烯，类金刚石，金刚石，
C60，碳纳米管，无机碳化物等
43
新型碳物种研究
44
45
46
拉曼散射的产生与分子的极化率α有关系 α是衡量分子在电场作用下电荷分布发生改变的难易程度，或诱导偶极 距的大小，即单位电场强度诱导偶极距的大小。 散射光与入射光频率的差值即是分子的振动频率
5
拉曼原理
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 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
26
FT拉曼光谱
采用Nd：YAG激光器，波长为1.064μm的近红外线激发， 其特点是激发源的能量低于荧光激发所需要的阈值，从而 避免了大部分荧光对拉曼光谱的干扰。扫描速度快，分辨 率高。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一项重要的现代分析技术，它用于测定物质的有机组成和分子的结构，帮助科学家研究物质的组成和性质。
拉曼光谱是由实验室分析仪器生成的特殊光谱数据，它可以帮助我们确定物质中不同分子的各种结构和元素组成，从而了解物质的性质。
拉曼光谱分析的原理是拉曼散射（Raman scattering）。
将紫外线通过物质照射，有些分子会发生拉曼散射，使光的频率和强度发生变化，这就产生了一种特殊的拉曼光谱。
根据不同分子结构，拉曼光谱有不同的特征，能够有效地探测物质中不同分子结构和元素组成。
拉曼光谱分析的仪器是拉曼光谱仪，它能实现自动化测量，操作简单，能够准确测量拉曼光谱，准确识别物质结构和元素组成。
一般来说，拉曼光谱仪主要由安装样品的台面、光源和探测器等组成。
使用拉曼光谱仪，可以获得准确的数据，从而确定物质结构和元素组成。
拉曼光谱分析应用非常广泛，可以应用于医学分析、食品分析、石油精炼和勘探等领域。
在医学分析中，拉曼光谱可以用来识别致病菌和病毒、疾病的诊断以及血液检测等；在石油精炼和勘探中，拉曼光谱可以用来确定石油中不同物质的含量和组成；在食品分析中，拉曼光谱可以用来检测食品的质量和构成，从而确定食品的安全性和营养价值。
目前，拉曼光谱分析已经发展成一门重要的分析技术，可以广泛应用于多个领域。
它既可以得到准确的测量数据，又可以大大简化实验程序，大大提高研究和分析的效率。
因此，拉曼光谱分析日益受到人们的重视，不仅可以用于进行精确的分析，而且在发展新材料、研究新药物等方面也发挥着重要作用。
拉曼光谱分析是一项复杂的科学技术，需要科学家们具备相关的知识和专业技能，才能取得良好的研究成果。
近年来，随着社会的发展，拉曼光谱分析的科学研究已经取得了长足的进步，并在各个领域都发挥了重要作用。
未来，拉曼光谱分析将继续发展，供研究者在多个领域进行有效的研究。
光谱分析3-拉曼
Huazhong University ofScience and Technology材料分析与表征技术黄云辉材料科学与工程学院拉曼光谱分析§3-1 基本原理§3-1-1 拉曼散射效应拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，与红外光谱相同，其信号来源与分子的振动和转动。
拉曼（Raman），印度物理学家。
1921年开始研究并在1928年发现了光散射的拉曼效应，1930年获得了诺贝尔物理奖。
为表彰拉曼的巨大贡献，印度政府将2月28日定为“拉曼节”。
拉曼光谱与吸收光谱的差异（1）吸收光谱中光子的能量必须等于分子的某两个能级之间的能量差，而拉曼光谱中入射光子的频率和分子跃迁所涉及的能量差之间无确定的关系。
（2）拉曼散射的强度很低，只有入射光的10-7，一般在入射光的垂直方向检测。
（3）拉曼光谱是通过测定散射光相对于入射光频率的变化来获取分子内部结构信息。
二、转动拉曼光谱无论同核还是异核双原子分子，都有转动拉曼光谱。
转动能级（谱项）)1()(+=J BJ J F转动拉曼光谱选律2,0±=ΔJ 0=ΔJ 2−=ΔJ 2=ΔJ 0~~νν=Q )2/3(4~~0++=J B O νν)2/3(4~~0+−=J B S ννQ 支O 支S 支统一公式)2/3(4~+±=ΔJ B ν小拉曼位移三、振动拉曼光谱振动时的极化率变化)(00r r −+=βαα振动能级（谱项）ωχω~)2/1v (~)2/1v ()v (2+−+=G 选律简谐振子非简谐振子1v ±=ΔL,3,2,1v ±±±=Δ10→频率位移ωχν~)21(~−=Δ大拉曼位移四、共振拉曼光谱普通拉曼共振拉曼四、拉曼光谱与红外光谱的互补性拉曼光谱和红外光谱有互补性：（1）都是振动转动光谱；（2）红外：固有偶极矩拉曼：感生偶极矩（3）活性互补拉曼与红外的互补性不经分离而直接测定，在红外吸收上会造成很大干扰，下图为红外图和拉曼图的比较测试方法§3-2仪器结构与原理§3-3 应用无机材料分析有机化合物分析联用技术§3-3-1 拉曼光谱分析的特点•定性分析：不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进行定性分析。
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n
拉曼原理
n
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。 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。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
depth A depth B O
depth C 9
3 6 sputtering time (min)
1332
Counts / a.u.
600
400
200 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 －1 Raman Shift / cm
1574 544
1332
Counts / a.u.
n
n
n n
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光谱仪
优势：激发波长较长， 可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景 薄膜样品的厚度应 >1m 光谱范围：5~4000cm-1
分析方法
n
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
n
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
有机化学应用
n
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
材料科学应用
n
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
n
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
新型陶瓷材料
ZrO2是高性能陶瓷材料 可以作为固体电解质
n算机控制和数据采集系统组成。
仪器结构图
拉曼光谱仪
关键部件
n
激发光源 在拉曼光谱中最经常使用的激光器是氩离子激光器。其 激发波长为514.5nm和488.0nm，单线输出功率可达2W。
n
激发光源的波长可以不同，但不会影响其拉曼散射的位移。 但对荧光以及某些激发线会产生不同的结果。
n
拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换， 改变了光子的能量。
拉曼原理
Rayleigh scattering: I λ-4 hn hn’ n = n’ n = n’
n = n’ 这种现象称为拉曼散射 激发态
anti stokes 基态
stokes
虚能级 准激发态
Raman
Rayleigh
n
n
拉曼原理
拉曼活性：
n
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时某一 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。
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 局限：含水样品
n
拉曼光谱
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 局限：有荧光样品
仪器结构
n
拉曼光谱仪主要由激光光源，样品室，双单色仪， 检测器以及计算机控制和数据采集系统组成。
n
n
拉曼活性
拉曼光谱参量 1. 峰位: 是电子能级基态的振动态性质的一种反映。以入射光和散射
光波数差表示。峰位的移动与激发光的频率无关.
2.强度:与浓度成正比. 3.退偏比(depolarization ratio): r = I‖ / I提供分子对称性的信息，并有助于谱线的指认. 共振拉曼散射 Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
1.
2.
3.
如何选择振动光谱进行实验测定
IR: dipole moment, eg. C=O, P=O, C=N, etc. Raman: induced dipole moment, eg. S-S, O-O? Ethylene is out of this rule
激光拉曼光谱仪
n
共性 • 分子结构测定，同属振动光谱 各自特色 中红外光谱
晶粒度的影响
8nm 152 85nm 147
新型碳物种的研究
n n
有机碳 无机碳：无定型，石墨，石墨烯，类金刚石，金刚石， C60，碳纳米管，无机碳化物等
新型碳物种研究
压力的影响
量子点粒度影响
金刚石金属化研究
n n
金刚石特性：硬，化学惰性 金属化目的： 化学反应形成界面层，增强化学结合 物理扩散形成界面层，增强物理结合力
显微共聚焦拉曼光谱仪
n n n
纵向空间分辨率为2m 横向空间分辨率为1m 光斑尺寸连续可调（1-100 m ） 样品： 聚丙烯（PP）基底上2µm的 聚乙烯（PE）薄膜 激光： HeNe激光器（波长633 nm） 放大倍数： x50物镜 光谱仪设置： 狭缝宽度10 µm
表面增强拉曼光谱
n
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
n
因此，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。
n
可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的。
LRS与IR比较
Intensity (Arb. Units)
TiO2/300℃
20000 228
TiO2/400℃
TiO2/500℃ 0 145 294 404 516 635 TiO2/600℃ 500 800 1000 200 Raman Shift / cm–1
600 400 200 500 1000 1500
－1
Counts / a.u.
黑区
1000 2000
305 390 344
500
601 695
2000
1000
1500
－1
1574
800
3000
1359
2000
Raman Shift / cm
Raman Shift / cm
显微LRS
毒品检测
枪击残留物分析
n
633，768以及紫外激光源，依据实验条件不同进行选择
不同激发波长的激光器
激发光区域 可见区 激光波长 激光器类型 514nm 633nm 785nm 近红外 紫外 1064nm 325nm Ar+ He-Ne 半导体 YAG He-Cd
Raman光谱仪的特点
n
快速分析、鉴别各种无机、生 物材料的特性与结构 样品需用量很小，微区分辨率 可小于2微米 对样品无接触、无损伤；样品 无需制备 适合黑色和含水样品 高、低温测量
温度范围： 液氮温度(-195℃)至 1000℃ 自动设置变温程序
适于分析随温度变化发生的： 相变 形变 样品的降解 结构变化
样品制备
n
溶液样品 一般封装在玻璃毛细管中测定 固体样品 不需要进行特殊处理
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材料分析中的应用
n
无机化学研究 无机化合物结构测定， 主要利用拉曼光谱研究 无机键的振动方式，确 定结构。
现代材料物理研究方法 第八讲
拉曼光谱分析
主要内容
n n n
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman) 紫外-可见光谱
分子振动光谱
激光拉曼光谱基础
n
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，药物等分析 ， 尤其是现代材料分析
微区拉曼光谱
n
无论是液体，薄膜，粉体，测定其拉曼光谱时不需要特殊的样品制备， 均可以直接测定。
n
用于一些不均匀的样品，如陶瓷的晶粒与晶界的组成，断裂材料的断 面组成等。
n
一些不便于直接取样的样品分析，利用显微拉曼具有很强的优势。一 般利用光学显微镜将激光会聚到样品的微小部位（直径小于几微米）， 采用摄像系统可以把图像放大，并通过计算机把激光点对准待测样品 的某一区域。经光束转换装置，即可将微区的拉曼散射信号聚焦到单 色仪上，获得微区部位的拉曼光谱图。
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率 Raman 谱峰的改变 Raman 偏振峰 材料的组成 MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移 用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的对称性和 取向
Raman 峰宽
晶体的质量
塑性变形的量
FT拉曼光谱
纳米管研究
金属丝网负载薄膜光催化剂
TiO2薄膜晶体结构
Ø 145 cm-1, 404 cm-1, 516 cm-1, 635 cm-1 是锐钛矿的Raman 峰； • 228 cm-1, 294 cm-1 是金红石的Raman 峰； • 在超过400℃ 后， 有金红石相出现；
40000 Sub/400℃
n
对任何分子可以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，若其分子振 动对拉曼是活性的，则红外也是活性的。 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。如乙稀分子的扭曲振动，既没有偶极距 变化也没有极化率的变化。