原位拉曼光谱在线分析 ppt课件
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原位拉曼光谱在线分析
原位拉曼光谱在线分析引言：原位拉曼光谱在线分析是一种非侵入性的光谱技术，可以通过激光与样品相互作用的方式获取样品的化学信息。
原位意味着该技术可以在样品的实际应用场景中进行在线实时监测，而不需要样品的取出和处理。
本文将介绍原位拉曼光谱在线分析的原理、应用以及存在的挑战。
一、原位拉曼光谱在线分析的原理原位拉曼光谱在线分析主要基于拉曼散射的原理。
当激光被聚焦在样品表面或样品内部时，部分光子与样品中的分子相互作用，产生红外或者紫外光子的散射光谱。
拉曼散射光谱中的每一个峰对应于样品中一些特定化学键的振动频率。
通过测量样品中的散射光谱，我们可以获取样品的拉曼光谱信息，进一步了解样品的组成和结构。
二、原位拉曼光谱在线分析的应用1.化学过程监测：原位拉曼光谱在线分析可以实时监测化学反应过程中的组分变化以及反应产物的生成情况。
这对于实时调控化学反应的反应条件以及选择最佳的反应参数非常重要。
2.制药行业：原位拉曼光谱在线分析可以用于药物制剂的监测和质量控制。
通过监测药物制剂的组分变化，可以及时发现制剂中的异常情况，并采取相应的措施进行纠正。
3.环境监测：原位拉曼光谱在线分析可以用于环境样品的分析，如水质监测、大气中污染物的检测等。
由于原位分析不需要对样品进行取样和处理，可以减少对环境样品的破坏并大大提高监测效率。
4.生化分析：原位拉曼光谱在线分析可以用于生物样品的分析，如细胞生长监测、蛋白质聚集的检测等。
这对于研究生物体内化学过程的变化、生物样品的健康状况等方面具有重要意义。
三、原位拉曼光谱在线分析的挑战尽管原位拉曼光谱在线分析具有广泛的应用前景，但仍面临一些挑战。
1.信号强度：原位拉曼光谱在线分析中，由于激光与样品的相互作用比较弱，所以采集到的拉曼信号较弱。
因此，需要采用增强拉曼技术，如表面增强拉曼光谱（SERS）或拉曼散射共振增强（SERRS）等，来提高信号强度。
2.干扰信号：原位拉曼光谱在线分析中，样品周围的环境会产生干扰信号，使得拉曼信号的检测变得困难。
《拉曼光谱分析法》PPT课件
为了有效收集从小体积发
出的拉曼辐射，多采用一 个90度（较通常）或180 度的试样光学系统。
多重反射槽
图6-34 各种形态样品在拉曼光谱仪中放置方法
(a) 透明固体 (b) 半透明固体 (c) 粉末 (d) 极细粉末 (e) 液体 (f) 溶液
2021/4/25
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
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2。021/4/25
8
激光拉曼散射光谱法
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。
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，小于电子能跃迁的能量。
2021/4/25
6
拉曼散射光谱的基本概念
红外吸收要服从一定的选择定则，即分子振动时 只有伴随分子偶极矩发生变化的振动才能产生红外 吸收。同样，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。极化度是指分子在电场的作用下， 分子中电子云变形的难易程度，因此只有分子极化 度发生变化的振动才能与入射光的电场E相互作用， 产生诱导偶极矩:：
拉曼光谱分析法教学课件
增管、电荷耦合器件等。
拉曼光谱仪的使用方法
样品制备
将待测样品制备成适合测量的 形态，如固体、液体或气体等 。
光谱采集
将制备好的样品放入样品室， 关闭样品室门，开始采集拉曼 光谱。
开机预热
打开拉曼光谱仪电源，进行预 热，使仪器处于稳定工作状态 。
参数设置
根据样品类型和测量要求，设 置合适的激光波长、功率、积 分时间等参数。
拉曼光谱分析法的发展前景与展望
拓宽应用领域
01
拉曼光谱分析法在环境监测、食品安全、生物医药等领域有着
广泛的应用前景，未来将进一步拓宽其应用领域。
提高检测效率
02
通过优化光路设计、改进信号处理方法等手段，提高拉曼光谱
分析法的检测效率，实现更快速、更准确的检测。
加强国际合作与交流
03
加强国际间的合作与交流，共同推动拉曼光谱分析法的发展与
拉曼光谱分析法特点
01
02
03
无损检测
拉曼光谱分析法是一种无 损检测技术，可以在不破 坏样品的情况下进行分析 。
高分辨率
拉曼光谱分析法具有高分 辨率，能够区分不同的化 学键和官能团。
广泛应用
拉曼光谱分析法在化学、 生物、医学、材料科学等 领域都有广泛的应用。
拉曼光谱仪的构成
02
与使用
拉曼光谱仪的构成
拉曼光谱分析法的
04
数据处理与解析
拉曼光谱数据的预处理方法
基线校正
消除光谱基线漂移，提高信噪比 。
平滑处理
降低光谱噪声，提高数据质量。
归一化处理
消除光强差异，便于不同光谱间 的比较。
拉曼光谱数据的解析方法
峰位识别
确定拉曼特征峰的位置，鉴别物 质种类。
拉曼光谱仪的使用方法
样品制备
将待测样品制备成适合测量的 形态，如固体、液体或气体等 。
光谱采集
将制备好的样品放入样品室， 关闭样品室门，开始采集拉曼 光谱。
开机预热
打开拉曼光谱仪电源，进行预 热，使仪器处于稳定工作状态 。
参数设置
根据样品类型和测量要求，设 置合适的激光波长、功率、积 分时间等参数。
拉曼光谱分析法的发展前景与展望
拓宽应用领域
01
拉曼光谱分析法在环境监测、食品安全、生物医药等领域有着
广泛的应用前景，未来将进一步拓宽其应用领域。
提高检测效率
02
通过优化光路设计、改进信号处理方法等手段，提高拉曼光谱
分析法的检测效率，实现更快速、更准确的检测。
加强国际合作与交流
03
加强国际间的合作与交流，共同推动拉曼光谱分析法的发展与
拉曼光谱分析法特点
01
02
03
无损检测
拉曼光谱分析法是一种无 损检测技术，可以在不破 坏样品的情况下进行分析 。
高分辨率
拉曼光谱分析法具有高分 辨率，能够区分不同的化 学键和官能团。
广泛应用
拉曼光谱分析法在化学、 生物、医学、材料科学等 领域都有广泛的应用。
拉曼光谱仪的构成
02
与使用
拉曼光谱仪的构成
拉曼光谱分析法的
04
数据处理与解析
拉曼光谱数据的预处理方法
基线校正
消除光谱基线漂移，提高信噪比 。
平滑处理
降低光谱噪声，提高数据质量。
归一化处理
消除光强差异，便于不同光谱间 的比较。
拉曼光谱数据的解析方法
峰位识别
确定拉曼特征峰的位置，鉴别物 质种类。
【2024版】拉曼光谱分析法--ppt课件
优 滤光片组
检测系统
Nd-YAG激光光源
点 ➢ 荧光背景出现机会小
➢ 分辨率高 ➢ 波数精度和重现性好 ➢扫描快，操作方便 ➢近红外光的特性（光纤维中传递性能好、可穿透生物组织）
PPT课件
29
✓近红 外激光 光源
Nd-YAG激光器代替可见光激光器； 产生1.064μm近红外激发光，比可见光 长约1倍，影响信噪比，FT技术克服； 激发光能量低于荧光所需阈值。
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电
2动 子
1 0
能 级
基 态
e e
Rayleigh 散射 PPT课件
Raman 散射 8
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
PPT课Δ件ν/cm-1
9
CCl4的拉曼光谱
适用于分子结构分析
PPT课件
11
3、拉曼光谱与分子极化率的关系 拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
若分子在电场E（光波的电磁场）中，产生诱导偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
反映了分子中电子云 变形的难易程度
分子极化率是诱导偶极矩与外电场的强度之比
分子中两原子距离最大时，α也最大
拉曼散射强度与极化率成正比例关系
➢干涉滤光片组，由折射率高低不同 的多层材料交替组合而成。
✓检测器
➢室温下的铟鎵砷检测器 ➢液氮冷却的锗检测器
PPT课件
31
三、激光显微拉曼光谱仪
使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位 （直径小至5 μm ），可精确获取所照射部位的拉 曼光谱图。 ➢ 共焦显微激光拉曼光谱仪（使用CCD检测器）： 显微镜的物镜和目镜的焦点重合于一点，排除了非 焦点处组分对成像的影响，可显示微区的不同深度 和三维结构信息。 ➢ 激光拉曼光纤探针：光导纤维传感技术与显微镜 耦合而成，可对远距离、特殊环境中试样的拉曼散 射进行原位遥感探测。
拉曼光谱PPT精ppt课件
●将负拉曼位移，
即ν0－ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。
●将正拉曼位移，
即ν0＋ν1称为反Stokes线（反斯托克斯线）。
正负拉曼位移线的跃迁几率是 相等的，但由于反斯托克斯线起源于受 激振动能级，处于这种能级的粒子数很 少，因此反斯托克斯线的强度小，而斯 托克斯线强度较大，在拉曼光谱分析中 主要应用的谱线。
第四章 激光拉曼光谱
laser Raman spectroscopy
一、 拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman
spectroscopy 三、 激光拉曼光谱仪 laser Raman spectroscopy
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；
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
激光拉曼光谱---基本原理
光的瑞利散射
一个频率为ν0的单色光，当它不能被照射的物
体吸收时，大部分光将沿入射光束通过样品，在 约1/105～1/106有强度的光被散射到各个方向。 并在与入射方向垂直的方向，可以观察到这种散 射。 ●瑞利散射为光与样品分子间的弹性碰撞，光子的 能量或频率不变，只改变了光子运动的方向。 ●散射光的强度与散射方向有关，且与入射频率的 四次方成正比。
即ν0－ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。
●将正拉曼位移，
即ν0＋ν1称为反Stokes线（反斯托克斯线）。
正负拉曼位移线的跃迁几率是 相等的，但由于反斯托克斯线起源于受 激振动能级，处于这种能级的粒子数很 少，因此反斯托克斯线的强度小，而斯 托克斯线强度较大，在拉曼光谱分析中 主要应用的谱线。
第四章 激光拉曼光谱
laser Raman spectroscopy
一、 拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman
spectroscopy 三、 激光拉曼光谱仪 laser Raman spectroscopy
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；
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
激光拉曼光谱---基本原理
光的瑞利散射
一个频率为ν0的单色光，当它不能被照射的物
体吸收时，大部分光将沿入射光束通过样品，在 约1/105～1/106有强度的光被散射到各个方向。 并在与入射方向垂直的方向，可以观察到这种散 射。 ●瑞利散射为光与样品分子间的弹性碰撞，光子的 能量或频率不变，只改变了光子运动的方向。 ●散射光的强度与散射方向有关，且与入射频率的 四次方成正比。
拉曼光谱原理分析ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
• 拉曼光谱的特点： 波长位移在中红外区。有红 外及拉曼活性的分子,其红外光谱和拉曼光谱近似。 可使用各种溶剂，尤其是能测定水溶液，样品处理 简单。 低波数段测定容易(如金属与氧、氮结合 键的振动nM-O, nM-N等)。而红外光谱的远 红外区不适用于水溶液，选择窗口材料、检测 器困难。 由Stokes、反Stokes线的强度比可以 测定样品体系的温度。 显微拉曼的空间分辨率 很高，为1mm。 时间分辨测定可以跟踪10-12s 量级的动态反应过程。 利用共振拉曼、表面增 强拉曼可以提高测定灵敏度。 其不足之处在于， 激光光源可能破坏样品；荧光性样品测定一般不适 用，需改用近红外激光激发等等。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
• 5.6.2 拉曼及瑞利散射机理 • 瑞利和拉曼散射的产生
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
基本原理
1. Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
能量差：
E=h(0 - )
h(0 - )
产 生 stokes 线 ； 强 ； 基 态分子多；
•
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
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
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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
《拉曼光谱分析》PPT课件
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
>1m
薄膜样品的厚度应
23
光谱范围：5~4000cm-
分析方法
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
24
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
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
49
ACP(％)
ACP (％)
100
Cr
C
50
0 0
50
O
Cr
C
O
2
4
6
8
sputtering time / min
100 depth profile lines
Cr as Cr2C C as diamond
C as Cr2C
C
Cr 50
原位变温附件
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
31
温度范围： 液氮温度(-195℃) 至1000℃
自动设置变温程序
样品制备
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
32
材料分析中的应用
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。
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。
29
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。
局限：黑色样品会产生热背景
>1m
薄膜样品的厚度应
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光谱范围：5~4000cm-
分析方法
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
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Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
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
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ACP(％)
ACP (％)
100
Cr
C
50
0 0
50
O
Cr
C
O
2
4
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sputtering time / min
100 depth profile lines
Cr as Cr2C C as diamond
C as Cr2C
C
Cr 50
原位变温附件
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
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温度范围： 液氮温度(-195℃) 至1000℃
自动设置变温程序
样品制备
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
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。
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。
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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。
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
Scattering)
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10-9～1012 mol/L
表面增强拉曼(SERS)简介
• 什么是表面增强?
SERS 效应是在激发区域内，由于样品表面或近表 面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。
• 怎么得到表面增强?
远小于激发波长的金属颗粒(Au, Ag)会使电磁场增
二. 拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
0
入射光
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
Rayleigh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；
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
i = o- (cm-1)
225050 00
30030 000
3500 3500
拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p
p＝ αE α为极化率
• 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极 化率
• 分子中两原子距离最大时，α也最大 • 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
拉曼光谱的特征
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：
1 同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼 谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。
2 红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一 般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。
3 环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
4 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，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10-9～1012 mol/L
表面增强拉曼(SERS)简介
• 什么是表面增强?
SERS 效应是在激发区域内，由于样品表面或近表 面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。
• 怎么得到表面增强?
远小于激发波长的金属颗粒(Au, Ag)会使电磁场增
二. 拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
0
入射光
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
Rayleigh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；
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
i = o- (cm-1)
225050 00
30030 000
3500 3500
拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p
p＝ αE α为极化率
• 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极 化率
• 分子中两原子距离最大时，α也最大 • 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
拉曼光谱的特征
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：
1 同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼 谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。
2 红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一 般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。
3 环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
4 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，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
原位拉曼光谱在线分析课件PPT
光原散位射 拉的曼过光确程谱：-机地激理光介鉴入绍射别到样出品，微产生孔散射和光。介孔材料中活性位的结构
原位拉曼光谱-机理介绍 傅Fe-里ZS叶M变-5 换的拉晶曼化光机谱理技术
紫外拉曼光谱在原位研究分 近20红世外纪 60 年代随着10激64光nm技术YA的G发展使拉曼光谱得以复兴 子筛合成机理方面显示了强
CH3 Stretching
Modes
OH stretching
Intensity (A.U.)
00
505000
10100000
15150000
20200000
25250000
33000000
33550000
ni = no-n (cm-1)
原位拉曼光谱-机理介绍
定量分析
应用拉曼光谱作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强度与 分析物浓度间有线性比例关系。分析拉曼峰面积（累积强度） 与分析物浓度间的关系曲线是直线，这种曲线称为标定曲线。 通常对标定曲线应用最小二乘方拟合以建立一方程式，从拉曼 峰面积计算得到分析物浓度。
环状化合1物0的00对1000称00 伸缩振动；
催化材料的紫外拉曼光谱研究[J]. 局限：含水样品
局限：有荧光样品CH2 Bending
ni = no-n (cm-1)
Skeletal
Bending 不同晶化时5间00的5000F0e-ZSM-5 (Si/Fe=152)在244nm 紫外拉曼光谱
Modes
原位拉曼光谱-实验应用
Fe-ZSM-5合成机理的紫外拉曼光谱研究
利用激发线 (244 nm) 的紫外拉曼光谱 可以选择性地激发得到铁物种的相应 信息。
在Fe-ZSM-5 形成的初期已经存 在大量四面体配位的Fe-(OSi)4， 但它们的配位环境不如在晶化完 全的分子筛骨架中那么刚性化
原位拉曼光谱-机理介绍 傅Fe-里ZS叶M变-5 换的拉晶曼化光机谱理技术
紫外拉曼光谱在原位研究分 近20红世外纪 60 年代随着10激64光nm技术YA的G发展使拉曼光谱得以复兴 子筛合成机理方面显示了强
CH3 Stretching
Modes
OH stretching
Intensity (A.U.)
00
505000
10100000
15150000
20200000
25250000
33000000
33550000
ni = no-n (cm-1)
原位拉曼光谱-机理介绍
定量分析
应用拉曼光谱作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强度与 分析物浓度间有线性比例关系。分析拉曼峰面积（累积强度） 与分析物浓度间的关系曲线是直线，这种曲线称为标定曲线。 通常对标定曲线应用最小二乘方拟合以建立一方程式，从拉曼 峰面积计算得到分析物浓度。
环状化合1物0的00对1000称00 伸缩振动；
催化材料的紫外拉曼光谱研究[J]. 局限：含水样品
局限：有荧光样品CH2 Bending
ni = no-n (cm-1)
Skeletal
Bending 不同晶化时5间00的5000F0e-ZSM-5 (Si/Fe=152)在244nm 紫外拉曼光谱
Modes
原位拉曼光谱-实验应用
Fe-ZSM-5合成机理的紫外拉曼光谱研究
利用激发线 (244 nm) 的紫外拉曼光谱 可以选择性地激发得到铁物种的相应 信息。
在Fe-ZSM-5 形成的初期已经存 在大量四面体配位的Fe-(OSi)4， 但它们的配位环境不如在晶化完 全的分子筛骨架中那么刚性化
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中红外光谱
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
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：50~3500cm-1
局限：含水样品
局限：有荧光样品
ppt课件
4
原位拉曼光谱-背景介绍
红外及拉曼光谱仪对比
一些在红外光谱中的弱谱带，在拉曼光谱中可能为强谱带，如： 同分子非极性键S―S，C=C，N=N，C≡C等； 由C≡N，C=S，S―H等组成的伸缩振动谱带； 环状化合物的对称伸缩振动； X=Y=Z，C=N=C，O=C=O类对称伸缩振动； C-C伸缩振动； 某些醇类和烷烃。
通常使用的拉曼散射都是指斯托克斯拉曼散射
ppt课件
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原位拉曼光谱-机理介绍
定性分析
物质的拉曼位移与入射光的频率无关，仅取决于分子固有的 振动和转动的能级结构。因此，每一种具有拉曼活性的物质 具有其特定的拉曼位移，具有拉曼活性物质的拉曼特征峰中， 只具有单一拉曼活性振动形式的物质体现在拉曼谱图上只有 单一的峰，具有多种拉曼活性的振动形式体现在拉曼谱图上 有多个峰。
曼光谱技术已可以对微米量级的样品进行分析；
20 世纪 80 年代以后，纤维光学探针被引入拉曼光谱技术， 使得拉曼光谱的远程测量成为可能；
20 世纪 90 年代以后，出现的傅里叶变换拉曼光谱仪可以 显著降低甚至消除样品的荧光背景，提高光谱信噪比；
基于纳米结构的表面增强拉曼光谱（SERS）和针尖增强 拉曼光谱（TERS）在超高灵敏度检测方面蓬勃发展。
姜承志.拉曼光谱数据处理与定性分析技术研究[Dpp]t.课长件 春:中国科学院大学, 20141.3
原位拉曼光谱-机理介绍
拉曼对CCI4浓度的定量分析
含量/%
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 6000
26000
46000
峰面积
66000
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原位拉曼光谱-机理介绍
瑞利散射 scatter= laser
laser
拉曼散射
scatter≠ laser
ppt课件
8
原位拉曼光谱-机理介绍
在光的非弹性散射过 程中，光子被分子散 射而失去部分能量导 致其频率发生变化， 散射光与入射光的频 率之差并不随入射光 频率而变化，仅与样 品分子的振动、转动 能级有关。
(5) 双分子探针方法 (6) 程序升温质谱方法 (7) 化学捕获和同位素标记方法
原位红外技术在催化剂原位表征中占主导地位。
张思华, 王亚明. 原位测试技术在催化研究中的应用[J]. 工业催化, 2009, 17(2):1
红外及拉曼光谱仪对比
共性：测定分子结构，同属振动光谱 各自特点
ppt课件
6
原位拉曼光谱-机理介绍
拉曼活性是由于极化率改变产生的。对于双原子，其分子振动期
间电荷分布ρ变化引起电子极化率α(ρ)的变化。α(Q)作为简正坐标
Q的函数及随Q在平衡位置Q0处做微小振动示意。
ppt课件
7
原位拉曼光谱-机理介绍
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
拉曼光谱是对红外光谱检测的补充
张思华, 王亚明. 原位测试技术在催化研究中的应用pp[tJ课].件工业催化, 2009, 17(2):15-250.
原位拉曼光谱-背景介绍
发展历程
1928 年印度科学家 C.V.Raman 首次发现拉曼效应； 20世纪 60 年代随着激光技术的发展使拉曼光谱得以复兴 20 世纪 70 年代以后，随着显微拉曼光谱技术的发展，拉
Dalian University of Technology College of the Environment
1
原位拉曼光谱
ppt课件
报 告 人： 指导老师： 报告时间：
原位拉曼光谱
1
背景介绍
2
机理介绍
3
实验应用
4
展望
ppt课件
2
原位拉曼光谱-背景介绍
原位分子光谱表征手段
(1) 原位透射红外方法 (2) 原位发射光谱方法 (3) 原位漫反射光谱方法 (4) 原位拉曼光谱方法
技术分类
显微共焦拉曼光谱技术 共振增强拉曼光谱技术 傅里叶变换拉曼光谱技术
表面增强拉曼光谱技术 高温拉曼在线分析技术 紫外拉曼光谱技术
仪器分类
滤光器型拉曼光谱仪 色散型拉曼光谱仪 傅里叶变换型拉曼光谱仪
ppt课件
15
原位拉曼光谱-机理介绍
仪器结构
激发光源 采样系统 分光仪 检测器 数据处理系统
测定的未知物质的拉曼光谱，只需找出该物质的特征拉曼光 谱，就可以识别物质的种类。
姜承志.拉曼光谱数据处理与定性分析技术研究[Dpp]t.课长件 春:中国科学院大学, 20141.1
原位拉曼光谱-机理介绍
乙醇-甲醇拉曼光谱 HO-CH2-CH3 — HO-CH2
2000200000 1500150000
CCO OH modes Bending
CH3 Stretching
Modes
Intensity (A.U.)
1000100000
Skeletal 50050000 Bending
00
505000
10100000
CH2 Bending Modes
15150000
20200000
25250000
ni = no-n (cm-1)
拉曼散射光由于受到了物质结构的调制，因此携带了 物质的信息。
姜承志.拉曼光谱数据处理与定性分析技术研究[Dpp]t.课长件 春:中国科学院大学, 20149.
原位拉曼光谱-机理介绍
根据玻耳兹曼 （Boltzman）分布定 律，由于热平衡，处 于低能级的分子数总 是大于次高能级的分 子数，因此斯托克斯 拉曼散射光的强度总 是大于反斯托克斯拉 曼散射光的强度。
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OH stretching
30300000
35350000
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原位拉曼光谱-机理介绍
定量分析
应用拉曼光谱作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强度与 分析物浓度间有线性比例关系。分析拉曼峰面积（累积强度） 与分析物浓度间的关系曲线是直线，这种曲线称为标定曲线。 通常对标定曲线应用最小二乘方拟合以建立一方程式，从拉曼 峰面积计算得到分析物浓度。