拉曼光谱基本原理51438
拉曼光谱的原理和应用
拉曼光谱的原理和应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，它具有广泛的应用领域，包括材料科学、化学分析、生物医学等。
本文将介绍拉曼光谱的原理和应用，并探讨其在这些领域中的作用。
拉曼光谱是一种基于分子振动的光谱技术。
当光线照射到样品上时，一部分光被散射出去，而其中部分光子的能量被分子吸收并用于激发分子的振动。
被散射光的波长发生了移位，这种波长移位即为拉曼散射。
拉曼光谱通过测量这种波长移位，可以得到样品中的分子振动信息，从而揭示样品的结构和组成。
拉曼光谱有许多应用。
首先，它在材料科学领域中起着重要的作用。
通过测量拉曼光谱，我们可以分析材料的化学组成和结构特征。
例如，可以利用拉曼光谱来鉴定材料的纯度和晶体结构，监测材料中的杂质含量等。
此外，拉曼光谱还可以帮助研究材料中的微观缺陷和晶格畸变，对材料的物理性质进行探究。
其次，化学分析也是拉曼光谱的重要应用之一。
拉曼光谱可以用于快速、非破坏性的分析化学样品。
与传统的化学分析方法相比，拉曼光谱无需预处理样品，也不需要使用昂贵的试剂。
利用拉曼光谱，可以对各种化合物进行定性和定量分析，包括有机物、无机物和生物分子等。
例如，在药学领域，拉曼光谱被广泛应用于药品质量控制、药物成分分析和药效评估等方面。
此外，拉曼光谱在生物医学领域也有着广泛的应用。
通过测量生物分子的拉曼光谱，可以研究其结构和相互作用。
例如，可以利用拉曼光谱来探索蛋白质、核酸和糖类等生物分子的结构和功能。
此外，拉曼光谱还可以应用于生物医学诊断。
许多疾病的早期诊断和治疗需要准确的检测技术，而拉曼光谱由于其高分辨率和高灵敏度的特点，被认为是一种很有潜力的诊断工具。
除了上述领域，拉曼光谱还有许多其他的应用。
例如，在环境监测中，可以利用拉曼光谱来分析水和土壤中的污染物，监测环境污染的程度；在食品科学中，拉曼光谱可以用于检测食品中的添加剂和污染物，确保食品的质量和安全。
总之，拉曼光谱作为一种非常有价值的光谱技术，具有广泛的应用前景。
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。
这些技术是：d检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。
这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。
（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射.弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应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，大部分的光会按原来的方向透射，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，分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征：a.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，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；b.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。
c.一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
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。
（三）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。
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。
这些技术是：CCD 检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。
这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。
（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应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，大部分的光会按原来的方向透射，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，分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征：a.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，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；b. 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。
c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
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。
（三）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。
拉曼光谱
4.斯托克斯线强度比反斯托克斯线强；
拉曼光谱仪
拉曼光谱仪的基本结构
1．光源 它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。 2．外光路 外光路部分包括聚光、集光、样品架、滤光和偏振等部件。 3．色散系统 色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开，通常使用单色仪。 4．接收系统 拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。光电倍增管 接收就是单通道接收。 5．信息处理与显示 为了提取拉曼散射信息，常用的电子学处理方法是直流放大、选频 和光子计数，然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。
拉曼光谱图
拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以波数 表示纵坐标为拉曼光强。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。
拉曼光谱的信息
拉曼频率 的确认 物质的组成
parallel
拉曼偏振
perpendicular
晶体对称性和取 向
拉曼峰宽晶体质量好 坏 Nhomakorabea拉曼峰强 度
物质总量
拉曼光谱的特征
1. 对不同物质Raman 位移不同； 2.对同一物质 (
v v s v0 , v s 和 v0分别为斯托克斯
位移和入射光波数) 与入射光频率无关；是表征分子振-转能级 的特征物理量；是定性与结构分析的依据；
3.拉曼线对称地发布在瑞利线两侧，长波一侧为斯托克斯线，
拉曼光谱法优势
对样品无接触，无损伤；样品无需 制备 适合黑色和含水样品，试样量少
光谱成像快速、简便，分辨率高
一次可同时覆盖50-4000cm-1波数的 区间 仪器稳固，维护成本低，使用简单
拉曼光谱法的不足
拉曼散射信号弱
raman光谱的基本原理
raman光谱的基本原理拉曼光谱（Ramanspectra），是一种散射光谱。
拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。
扩展资料：分子能级与分子光谱：分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。
分子总能量可近似为这些运动的能量之和，分别是分子的平动能、振动能、转动能和电子运动能。
除平动能外，其余三项都是量子化的，统称分子内部运动能。
分子光谱产生于分子内部运动状态的改变。
分子有不同的电子能级，每个电子能级又有不同的振动能级。
而每个振动能级又有不同的转动能级。
一定波长的电磁波作用于分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分子吸收光谱。
引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外-可见光区，故称紫外－可见光谱。
电子能级跃迁伴有振动能级和转动能级的跃迁，引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的跃迁。
红外吸收和拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。
用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。
近红外区伴随的是X-H或多键振动的倍频和合频。
拉曼散射：拉曼散射是分子对光子的一种非弹性散射效应。
当用一定频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和入射光的频率相等。
这种散射是分子对光子的一种弹性散射。
只有分子和光子间的碰撞为弹性碰撞，没有能量交换时，才会出现这种散射。
该散射称为瑞利散射。
还有一部分散射光的频率和激发光的频率不等，这种散射成为拉曼散射。
Raman散射的几率极小，最强的Raman散射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
处于振动基态的分子在光子的作用下，激发到较高的、不稳定的能态（称为虚态），当分子离开不稳定的能态，回到较低能量的振动激发态时，散射光的能量等于激发光的能量减去两振动能级的能量差。
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理是一种分析物质结构的非常有力的手段。
它是基于光的散射现象，通过测量散射光的波长差异来获取样品的特征信息。
当一束单色光通过样品时，部分光会被散射。
根据散射光的波长差异可以将散射光分为两类：一类是在入射光的周围有少量波长稍微偏大的光，称为斯托克斯散射；另一类是在入射光的周围有少量波长稍微偏小的光，称为反斯托克斯散射。
斯托克斯散射和反斯托克斯散射的出现是由于样品内部的分子振动和转动引起的。
在拉曼光谱原理中，分子的振动模式会吸收入射光的能量，然后以不同的能量状态重新辐射能量，形成散射光谱。
拉曼光谱原理中，斯托克斯散射和反斯托克斯散射的频率差与样品内部分子的振动能级差有关。
根据量子力学的选择定则，只有一些特定的振动模式能够与入射光发生相互作用，因此拉曼光谱能够提供样品的结构信息。
通过拉曼光谱技术，可以对各种物质进行非破坏性的分析。
无论是固体、液体还是气体，都可以通过拉曼光谱来研究其分子结构、物质组成和化学键信息。
总之，拉曼光谱原理是一种基于光的散射现象，通过测量散射光的波长差异来获取样品的特征信息的方法。
它具有非破坏性、
快速、易于操作等优点，被广泛应用于材料科学、化学分析、生物医学等领域。
拉曼光谱知识点总结
拉曼光谱知识点总结一、拉曼光谱的基本原理拉曼光谱是拉曼效应的一种应用，其基本原理是当激发光子与分子或晶体相互作用时，会发生频率改变的散射，即拉曼散射。
在拉曼散射中，激发光子与分子或晶体相互作用后，会发生振动、转动、晶格等能级的跃迁，导致散射光的频率发生改变，从而产生拉曼谱线。
在拉曼光谱中，通常会出现两种散射光：一种是入射光的频率不变，称为斯托克斯线；另一种是入射光的频率改变，称为反斯托克斯线。
斯托克斯线的频率低于入射光，而反斯托克斯线的频率高于入射光。
通过测量拉曼光谱中斯托克斯线和反斯托克斯线的频率差和强度，就可以得到样品的拉曼光谱，进而分析样品的结构和化学成分。
二、拉曼光谱仪器为了进行拉曼光谱分析，我们需要使用拉曼光谱仪。
拉曼光谱仪通常由以下几个部分组成：激光器、样品台、光谱仪和检测器。
激光器用来提供单色激光光源，通常使用氦氖激光器、二极管激光器或固体激光器。
样品台用来支撑样品，并且通常具有微动装置，可以实现样品的旋转或者移动，以便对样品进行全方位的测量。
光谱仪用来分析散射光的频率，通常使用动蕉或平板光栅光谱仪。
检测器用来测量散射光的强度，常见的检测器包括光电二极管、CCD等。
除了上述基本组成部分外，拉曼光谱仪还可能配备激光聚焦透镜、样品定位装置、光纤耦合装置等附件，以满足不同实验需求。
例如，激光聚焦透镜可以提高激光光斑的聚焦效率，样品定位装备可以实现精确的样品定位，光纤耦合装置可以将散射光传输到光谱仪中进行分析。
这些附件能够提高拉曼光谱仪的性能，使其能够适用于更广泛的应用领域。
三、拉曼光谱的应用拉曼光谱具有非常广泛的应用领域，涉及化学、材料、生物、医学等领域。
在化学领域，拉曼光谱可以用来分析有机物、无机物、聚合物、生物大分子等化合物的结构和性质，例如用来鉴别和定量分析化合物、研究分子间的相互作用、探测反应中的中间体和产物等。
在材料领域，拉曼光谱可以用来研究晶体结构、纳米材料、全息材料、光子晶体等新型材料的光学性质和结构特征，例如用来研究晶体晶格振动、材料表面等离子体共振等。
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱的工作原理拉曼光谱是一种非常重要和广泛应用的光谱技术，它通过测量样品散射的光谱来获取样品的结构和性质信息。
拉曼光谱的工作原理主要包括拉曼散射效应和拉曼散射光谱仪的设计与原理。
一、拉曼散射效应拉曼散射效应是指当光通过物质时，其中部分光子与分子或晶体中的振动模式相互作用，发生频率改变而散射出去的现象。
根据散射光的频率偏移，可以得到样品的结构、化学成分和物理性质等信息。
1. 斯托克斯散射和反斯托克斯散射拉曼散射可以分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射两种类型。
斯托克斯散射是指散射光的频率比入射光的频率低，反斯托克斯散射则是散射光的频率比入射光的频率高。
斯托克斯散射发生的可能性更高，但反斯托克斯散射在某些情况下也是可观测的。
2. 拉曼散射强度与振动模式拉曼散射的强度与样品的振动模式有关。
对于斯托克斯散射，强度与样品吸收光子的振动模式相同；对于反斯托克斯散射，强度与样品产生的振动模式相反。
不同的振动模式对应着不同的拉曼光谱峰。
二、拉曼散射光谱仪的设计与原理拉曼散射光谱仪是用于测量和分析拉曼散射的仪器，它通常包括光源、样品、光学系统和探测器等组成部分。
1. 光源光源是拉曼光谱仪的重要组成部分，常用的光源包括激光器和白炽灯。
激光器的优势在于其单色性和高亮度，在拉曼散射测量中能够提供强烈的激发光。
白炽灯则可提供连续的光谱，适用于一些宽范围拉曼光谱的测量。
2. 样品样品的选择对拉曼光谱的测量结果有重要影响。
样品通常是固体、液体或气体，其物理性质和化学组成决定着拉曼散射光谱的特征。
为了增强拉曼信号，常常需要对样品进行预处理或使用增强剂。
3. 光学系统光学系统包括光学元件和光路设计等，用于收集和分析散射光。
其中最关键的是拉曼散射光的分光仪，它能够将散射光按照频率分解成不同的成分，实现拉曼光谱的测量和分析。
4. 探测器探测器用于检测光信号，常用的探测器包括光电二极管（PD）和光电倍增管（PMT）。
不同的探测器具有不同的光谱响应范围和灵敏度，选择合适的探测器对于提高拉曼信号的检测灵敏度至关重要。
拉曼光谱原理+模型+常见应用
拉曼光谱原理+模型+常见应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析方法，它利用分子振动能级的变化而发射或吸收光子，研究样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱具有独特的优势，可以应用于各种领域，包括化学、生物、材料科学等。
本文将重点介绍拉曼光谱的原理、模型和常见应用。
拉曼光谱的原理：拉曼光谱是一种分子振动光谱，其基本原理是分子在受到激发后，分子的振动状态会发生变化，从而导致入射光子的频率发生改变。
这个现象被称为拉曼散射，是由分子的振动引起的。
当分子受到光子激发，分子的振动能级发生变化，使得散射光子的频率发生变化，这种频率差被称为拉曼频移。
通过测量样品散射光的频率和强度，可以得到样品的拉曼光谱图谱，从而分析样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱的模型：拉曼光谱的模型主要是通过量子力学和分子振动理论来描述分子的振动状态和引起的拉曼频移。
在拉曼光谱分析中，通常采用谐振子模型和量子力学模型来模拟分子的振动模式和能级，从而推导出分子的振动能级和拉曼频移的数学表达式。
利用这些模型，可以计算出不同分子的拉曼频移和强度，从而分析样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱的常见应用：1.化学分析：拉曼光谱可以用于分析化学物质的结构和成分，包括有机分子、高分子材料、药物等。
通过拉曼光谱分析，可以辨识和鉴定不同化合物的结构和功能团，从而实现化学成分的快速检测和分析。
2.生物医学：拉曼光谱可以用于生物医学领域，包括生物分子的结构和功能分析、生物样本的快速检测和诊断等。
通过分析生物样本的拉曼光谱，可以实现对细胞、组织和生物分子的快速、无损检测和分析。
3.材料科学：拉曼光谱可以用于材料科学领域，包括材料表面、界面和纳米结构的表征、材料的结构、形貌和成分分析等。
通过拉曼光谱分析，可以实现对材料的微观结构和性质的表征和分析。
4.环境监测：拉曼光谱可以用于环境监测领域，包括大气、水体和土壤样品的化学成分和污染物的分析、环境污染的监测和评估等。
通过拉曼光谱分析，可以实现对环境样品的快速、准确的分析和监测。
拉曼光谱原理
拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。
这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。
这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。
（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成份, 统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或者透明试样时，大部份的光会按原来的方向透射，而一小部份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份子振动或者转动能级有关。
因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关份子振动或者转动的信息。
目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征（二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征：a.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，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；b. 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者失去了一个振动量子的能量。
c. 普通情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
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。
（三）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。
拉曼光谱的原理及碳纳米材料中的应用
拉曼光谱是通过收集这些散射的光线来获取样品信息的，因此又称为散射光谱。
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拉曼光谱原理
瑞利散射：发生弹性碰 撞后散射，即碰撞后的 射线波长没有改变。 拉曼散射：发生非弹性 碰撞，即碰撞后的射线 波长发生改变。 斯托克斯线：拉曼散射中，波长减小的线。v=v0-vk 反斯托克斯线：拉曼散射中，波长增加的线。v=v0+vk
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拉曼光谱特点
拉曼光谱=瑞利散射＋拉曼散射 拉曼光谱的特点 a.光谱图横坐标为拉曼频率，用波数表示，纵坐标为谱带强度。 b.拉曼位移的波长在中红外区（40-4000cm-1） c.具有红外及拉曼活性的分子，同一振动方式产生的拉曼位移频率（波数） 和红外吸收频率波数相似。 d.低波数段测定容易，弥补了红外光谱的远红外区的不足。
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拉曼光谱的原理
弹性碰撞——非弹性碰撞 瑞利散射——拉曼散射 斯托克斯线——反斯托克斯线 拉曼位移 极化度——诱导偶极矩
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拉曼光上，绝大 部分可以透过，大于 哦有0.1%的入射光光 子与样品发生碰撞后 向各个方向散射。
波长为v0 99.9%
0.1%碰撞，散射
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拉曼光谱原理
斯托克斯线和反斯托克斯线与瑞利散射之间的差值为-vk和vk，数值相等符号相反， 因此，拉曼谱线对称的分布在瑞利线的两侧。
拉曼位移：斯托克斯线和反斯托克斯线与入射线频率的差值 因此对于同一分子能级，斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼位移应该是相等的。
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拉曼光谱原理
拉曼位移的大小与入射光频率无关，只与分子振动能级的改变有关，其 值取决于物质分子振动激发态与振动基态的能级差。
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R=ID/IG:两种特征峰的比值 代表碳纳米管石墨化的程度 R值越大，石墨化程度越小。 R值越小，石墨化程度越大， 即有序结构越大。
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；
.
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；
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱是通过分析物质分子或晶格的振动和转动引起的光的散射来获取信息的一种光谱技术。
其工作原理如下：
1. 激发：首先，使用激光或其他强光源对待测样品进行激发。
这些光束一般具有单一的波长和极低的发散角，以便于有效地与样品进行相互作用。
2. 光散射：激光束照射到样品上后，部分光与样品中的分子或晶格发生散射。
与样品相互作用后发生变化的散射光称为拉曼散射光。
3. 弹性散射和拉曼散射：与样品中的分子弹性碰撞后发生散射的光称为弹性散射，其频率保持与入射光相同。
而与样品中的分子引起的振动和转动引起的散射光称为拉曼散射，其频率相对于入射光发生了变化。
拉曼散射光的频率差就是拉曼位移。
4. 探测：通过使用光谱仪，将散射光与入射光进行分光、分离和检测。
光谱仪可以识别出拉曼散射光的频率差以及相对强度，并将其转化为光谱。
5. 数据分析：最后，通过对所获得光谱的分析，可以确定物质的组成、化学成分、晶格结构以及分子振动信息等。
总结起来，拉曼光谱的工作原理是利用激光束激发样品并测量样品中分子或晶格
振动和转动引起的光散射，通过分析散射光的频率差和相对强度，从而获取物质的相关信息。
拉曼光谱的基本原理与应用
拉曼光谱的基本原理与应用拉曼光谱是一种非破坏性分析技术，由印度物理学家拉曼开创并发展而来。
它通过分析样品所散发的光谱来确定分子结构、化学成分和材料特性等信息。
拉曼光谱具有许多优点，例如不需要样品前处理、非接触式测量、快速、灵敏、精确、可适用于多种材料和环境等，因此广泛应用于化学、生物、材料、环境等领域。
一、拉曼光谱的基本原理拉曼光谱的基本原理是当光通过样品时，与分子间的化学键产生相互作用，部分光子的频率发生差异，即发生频移。
这个频移实际上代表着分子所包含信息的变化，可以通过光谱仪进行解析。
这个过程被称为拉曼散射，是通过散射光的波长来分析物质性质和结构的一种手段。
拉曼光谱的频移称为拉曼位移，它的大小取决于样品分子的种类和化学结构。
对于化学键为单键的分子而言，拉曼位移通常在200~2000 cm-1的范围内。
而对于无规共聚物、芳香化合物和配合物等复杂体系，则有更多不同的频移区域。
这些频移区域被称为谱带或谱线，不同的谱带或谱线对应着不同的化学键和分子振动模式。
二、拉曼光谱的应用1. 化学分析拉曼光谱先进的分析能力使其成为化学分析的理想选择。
它可以快速、非破坏地测量复杂的样品，例如药品、化妆品、有机材料等，并能够提供详细的化学信息，包括分子组成、配位情况、晶格结构等。
拉曼光谱还可用于表征污染物、生物分子、纳米材料等，这些样品对其他技术来说可能难以处理或测量。
2. 生物医学拉曼光谱在生物医学中的应用颇具前景。
生物分子的拉曼光谱曲线能够反映其精细的结构和组成。
例如，蛋白质、脂类、核酸等生物大分子的不同区域都有独特的拉曼光谱表征，可以用来诊断肿瘤、糖尿病、心血管疾病等疾病，同时还可以鉴别不同种类的微生物，提高了生物样品检测和诊疗的准确度。
3. 材料科学由于拉曼光谱可以直接探测化学成分和结构，因此在材料研究领域中应用广泛。
例如，拉曼光谱可以用来表征多种材料的提纯度、结构、形貌等特征，推进制备技术的发展，例如复合材料、微纳米材料、薄膜等。
拉曼光谱基本原理通用课件
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。
拉曼光谱的原理及应用
拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中开展而有了更广泛的应用。
这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。
这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。
〔一〕含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长一样的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应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，大局部的光会按原来的方向透射，而一小局部则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时，除了与原入射光有一样频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着假设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，分子构造的研究谱线特征〔二〕拉曼散射光谱具有以下明显的特征：a.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，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；b. 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。
c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。
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。
〔三〕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。
拉曼光谱仪原理
拉曼光谱仪原理
拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它可以用于分析物质的成分、结构
和性质。
拉曼光谱仪是用来获取拉曼光谱的仪器，它可以通过测量样品散射的光谱来获取样品的信息。
在本文中，我们将介绍拉曼光谱仪的原理及其工作原理。
首先，拉曼光谱的原理是基于拉曼散射效应。
当样品受到激发光的照射时，它
会发生拉曼散射，即光子与分子相互作用而改变能量和动量。
在拉曼散射过程中，部分光子的能量发生改变，这种改变与样品的分子振动和转动状态有关，因此可以通过测量散射光的频率和强度来获取样品的信息。
拉曼光谱仪的工作原理可以分为几个步骤。
首先，激发光源会产生一束激发光，这束光会照射到样品上。
样品受到激发光的照射后，会产生拉曼散射光。
拉曼光谱仪会收集并分析这些散射光，通过光谱仪的光栅或者干涉仪，可以将散射光分解成不同的波长，并测量其强度。
最后，通过对测得的光谱数据进行处理和分析，可以得到样品的拉曼光谱信息。
拉曼光谱仪的原理可以通过以下几点来总结。
首先，拉曼光谱仪利用激发光和
样品之间的相互作用来获取样品的信息。
其次，通过收集和分析样品散射的光谱，可以得到样品的拉曼光谱信息。
最后，通过处理和分析光谱数据，可以得到样品的成分、结构和性质等信息。
总的来说，拉曼光谱仪是一种非常重要的光谱分析仪器，它可以用于分析各种
不同类型的样品。
通过了解拉曼光谱仪的原理，我们可以更好地理解它的工作原理，从而更好地应用它来获取样品的信息。
希望本文对大家对拉曼光谱仪的原理有所帮助。
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三、激光Raman光谱仪
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；
a
14
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。
a
11
2941，2927cm-1 ASCH2 2854cm-1 SCH2
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
1444，1267 cm-1 CH2
a
12
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
a
1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
E0
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）
a
2
基本原理
1. Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
拉曼光谱
红外光谱
光 谱 范 围 40-4000C m -1
光 谱 范 围 400-4000C m -1
水可作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
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
a
9
二、拉曼光谱的应用
applications of Raman spectroscopy
进行非破坏、原位测定以及时间分辨测定等。
a
16
• 5.6.1 拉曼光谱简介
从图中可见，拉曼 光谱的横坐标为拉 曼位移，以波数表 示。，其中 和 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。
能量差： E=h(0 - )
h(0 - )
产 生 stokes 线 ； 强 ； 基 态分子多； E=h(0 + )
E1 V=1 E0 V=0
产生反stokes线；弱；
Raman位移：
STOKES
Raman散射光与入射光
频率差；
h0 h(0 + ) h
ANTI-STOKES Rayleigh
0 -
a
1
一、激光拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy
Rayleigh散射：
激发虚态
h(0 - )
弹性碰撞；
无能量交换，仅
改变方向； Raman散射：
h0
非弹性碰撞
E1 + h0 E0 + h0
h0 h0
h0 +
； 方 向 改 变 且 有 E1
V=1
能量交换；
a
15
• 5.6 拉曼光谱
• 1928年，印度物理学家C. V. Raman发现光通过透明溶液时， 有一部分光被散射，其频率与入射光不同，为 ，频率位移与 发生散射的分子结构有关。这种散射称为拉曼散射，频率位 移称为拉曼位移。 由红外光谱及拉曼光谱可以获得分子 结构的直接信息，仪器分辨率高。采用显微测定等手段可以
第五节 激光拉曼光谱分析法
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
eEr e红外活性振动 Nhomakorabea伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带.
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→拉曼活性。 不对称振动→红外活性
a
5
4. 红外与拉曼谱图对比
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
a
6
红外与拉曼谱图对比
0
a
0 +
3
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；
a
4
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；
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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。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
6）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和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
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。
a
a
7
5.选律 1 S C S
振动自由度：3N- 4 = 4
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
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。
a
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6. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
a
17
• 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。