《高分子分析技术》电子课件 第4章激光拉曼光谱
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拉曼光谱-课件分享
现代材料物理研究方法
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
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，药物等分析 ，
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。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
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。
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
23
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
47
100 Cr
100
depth profile lines
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
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，药物等分析 ，
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。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
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。
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
23
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
47
100 Cr
100
depth profile lines
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。
激光拉曼光谱分析ppt课件
12
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
13
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
14
3 拉曼光谱仪（1）
1）激光光源：氩离子激光器，激光波长 514.5nm（绿光）, 氦氖激光器，激光波长 488.0nm（紫光）。
激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很 细的一束。 照射在样品上的一个点（1微米区域），因 此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探 针：Laser Raman Microscopy （LRM）
20
5 红外与拉曼比较（1)
1 都是研究分子结构（化学键）的分子振动、 转动光谱。 2 红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱 3 拉曼的频谱范围宽 10－4500cm－1，红外
的窄 200－4000cm －1 。
21
5 红外与拉曼比较（2)
4 拉曼的激发波长可以是可见光区的任一 激发源，因此其色散系统比较简单，（可 见光区），而红外的辐射源和接收系统必 须放在专门封闭的装置内。
李子 坡
20907011024
1
激光拉曼光谱
1 概述 2 拉曼效应 3 拉曼光谱仪 4 拉曼光谱图 5 红外与拉曼比较
2
Hale Waihona Puke 概述1800年，英国科学家W. Herschel 在 测色温时(即波长越长，所具有的温 度越高)，发现了红外光，Infra－Red。
由于存在红外非活性的问题，因此 人们又继续研究探索，在1928年的时 候，由印度科学家V. C. Raman发现了 拉曼效应，并获得1930年度Nobel物 理奖。
15
3 拉曼光谱仪（2）
2）仪器原理
16
4 拉曼光谱图（1）
17
4 拉曼光谱图（2）
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
13
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
14
3 拉曼光谱仪（1）
1）激光光源：氩离子激光器，激光波长 514.5nm（绿光）, 氦氖激光器，激光波长 488.0nm（紫光）。
激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很 细的一束。 照射在样品上的一个点（1微米区域），因 此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探 针：Laser Raman Microscopy （LRM）
20
5 红外与拉曼比较（1)
1 都是研究分子结构（化学键）的分子振动、 转动光谱。 2 红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱 3 拉曼的频谱范围宽 10－4500cm－1，红外
的窄 200－4000cm －1 。
21
5 红外与拉曼比较（2)
4 拉曼的激发波长可以是可见光区的任一 激发源，因此其色散系统比较简单，（可 见光区），而红外的辐射源和接收系统必 须放在专门封闭的装置内。
李子 坡
20907011024
1
激光拉曼光谱
1 概述 2 拉曼效应 3 拉曼光谱仪 4 拉曼光谱图 5 红外与拉曼比较
2
Hale Waihona Puke 概述1800年，英国科学家W. Herschel 在 测色温时(即波长越长，所具有的温 度越高)，发现了红外光，Infra－Red。
由于存在红外非活性的问题，因此 人们又继续研究探索，在1928年的时 候，由印度科学家V. C. Raman发现了 拉曼效应，并获得1930年度Nobel物 理奖。
15
3 拉曼光谱仪（2）
2）仪器原理
16
4 拉曼光谱图（1）
17
4 拉曼光谱图（2）
(完整)激光拉曼光谱法讲解
(完整)激光拉曼光谱法讲解编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)激光拉曼光谱法讲解）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)激光拉曼光谱法讲解的全部内容。
第三节激光拉曼光谱法在分子的振动中,有些振动由于偶极矩的变化表现了红外活性，能吸收红外光，从而出现了红外吸收谱带（见第二章第二节)，但有些振动却表现了拉曼活性，产生了拉曼光谱谱带．这两种方法都能提供分子振动的信息,起到相互补充的作用，采用这两种方法，可获得振动光谱的全貌．拉曼光谱是一种散射光谱。
在20世纪30年代，拉曼散射光谱曾是研究分子结构的主要手段.后来随着实验内容的深人，由于拉曼效应太弱，所以随着红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位随之下降。
自1960年激光问世,并将这种新型光源引入拉曼光谱后，拉曼光谱出现了新的局面，已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域，成为重要的分析工具。
而且由于它的一些特点，如水和玻璃散射光谱极弱,因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用具有突出的特长.近几年又发展了傅里叶变换拉曼光谱仪,使它在高分子结构研究中的作用与日俱增。
3．1基本概念3．1．1拉曼散射及拉曼位移拉曼光谱为散射光谱。
当一束频率为V0的人射光照射到气体、液体或透明晶体样品上时,绝大部分可以透过，大约有0．1％的入射光与样品分子之间发生非弹性碰撞,即在碰撞时有能量交换，这种光散射称为拉曼散射；反之,若发生弹性碰撞，即两者之间没有能量交换，这种光散射称为瑞利散射。
在拉曼散射中，若光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少,在垂直方向测量到的散射光中,可以检测频率为（V0—△E/h)的线,称为斯托克斯(stokes）线，如图3—1所示，如果它是红外活性的话,△E/h的测量值与激发该振动的红外频率一致。
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。
激光拉曼光谱
Raman活性与红外活性的比较
2.相互允许规则：一般来说，不具备对称中心的分子， 其红外和Raman光谱的活性是可以并存的。例如水的三个 振动υs 、 υas和δ都有红外和拉曼活性的。
H2O的振动模式和选律
振动模式 对称伸缩 非对称伸缩
弯曲
O HH
O
H
H
O
H H
O
H
H
极化率 变化 变化 变化
Raman 活性 活性 活性
偶极距 变化 变化 变化
红外 活性 活性 活性
Raman活性与红外活性的比较
3.相互禁阻规则：也有少数分子的振动在红外和Raman 中都是非活性的。
例如平面对称分子乙稀的扭曲振动，既无偶极矩变化， 也不产生极化率的改变，故在红外及Raman中皆为 非活 性。
Raman散射
Raman散射的两种 跃迁能量差：
E1 + h0 E0 + h0
①当入射光子(hv0)把处 h(0 - )
于E0能级的分子激发到E0+
hv0能级，因这种能态不稳 定而跃回E1能级，其净结 果是分子获得了E1与E0的
E1 V=1 E0 V=0
能量差h，而光子就损
失了这部分的能量,即使
STOK
Laser Raman Spectroscopy
目录
㈠、拉曼光谱的发展简史 ㈡、Raman光谱的基本原理 ㈢、Raman活性与红外活性的比较 ㈣、激光Raman光谱仪 ㈤、激光Raman光谱的应用 ㈥、激光Raman光谱的发展 ㈦、参考书目及文献
拉曼光谱的发展简史
1928年，印度物理学家拉曼用水银 灯照射苯液体，发现了新的辐射谱 线。因而他进一步在实验室里用一 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，属于一种新的分子辐射， 后人称之为拉曼散射。拉曼因发现 这一新的分子辐射和所取得的许多 光散射研究成果而获得了1930年诺 贝尔物理奖。
第四章拉曼光谱.pdf
光的散射效应的种类很多，除包括经典的瑞利 散射、晶体的布里渊散射、等离子体对光的散射， 自由电子对光的散射（康普顿-吴有训效应）及化 学大质点的丁铎尔散射外，还有拉曼散射，故拉曼 散射光谱属于散射光谱。
拉曼散射效应是以此现象的发现者——印度物 理学家C.V.Raman（拉曼，1888-1970，1930年获诺 贝尔物理学奖）的名字命名的。拉曼于1928年首先 在液体中观察到这种现象，并记录了散射光谱。
4.1 方法原理
当单色光的光子与作为散射中心的分子相互 作用时，大部分光子只是改变方向发生散射，散 射光的频率仍与入射光的频率相同，这种散射称 为瑞利散射；但约占总散射光强度的10-7左右的散 射，不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频 率也改变了，不同于入射光的频率，称为拉曼散 射。产生拉曼散射的原因是光子与分子之间发生 了能量交换。见图所示：
对于斯托克斯拉曼散射来说。分子由处于振动
基 态 E0 被 激 发 至 激 发 态 E1 ， 分 子 得 到 的 能 量 为 ΔE，恰好等于光子失去的能量：
ΔE＝E1－E0＝hΔν 与之相对应的光子频率改变Δν为
Δν＝ΔE/h
式中h为普朗克常数。此时，Stokes散射的频率为
νs： νs＝ν0－ΔE/h，Δν＝ν0－νs 斯 托 克 斯 散 射 光 的 频 率 低 于 入 射 光 频 率 ν0 。
在散射光谱中，瑞利线最易观察，其频率等于
入射光频率ν0，其强度大，表现为十分尖锐的瑞利
峰。另外，在瑞利峰的两侧还能看到强度比瑞利线低
很多的频宽分别为ν0±Δν的散射线，瑞利峰与散 射线（拉曼线）的频率之差Δν叫拉曼位移，是散射
物质的特征量，可用于物质的定性测定。拉曼线在瑞
利线两侧成对出现，在瑞利峰低频侧的拉曼线叫斯托 克斯（Stokes）线；在瑞利峰高频侧的拉曼线叫反斯 托克斯（Anti-Stokes）线。因反斯托克斯线的强度比
拉曼散射效应是以此现象的发现者——印度物 理学家C.V.Raman（拉曼，1888-1970，1930年获诺 贝尔物理学奖）的名字命名的。拉曼于1928年首先 在液体中观察到这种现象，并记录了散射光谱。
4.1 方法原理
当单色光的光子与作为散射中心的分子相互 作用时，大部分光子只是改变方向发生散射，散 射光的频率仍与入射光的频率相同，这种散射称 为瑞利散射；但约占总散射光强度的10-7左右的散 射，不仅改变了光的传播方向，而且散射光的频 率也改变了，不同于入射光的频率，称为拉曼散 射。产生拉曼散射的原因是光子与分子之间发生 了能量交换。见图所示：
对于斯托克斯拉曼散射来说。分子由处于振动
基 态 E0 被 激 发 至 激 发 态 E1 ， 分 子 得 到 的 能 量 为 ΔE，恰好等于光子失去的能量：
ΔE＝E1－E0＝hΔν 与之相对应的光子频率改变Δν为
Δν＝ΔE/h
式中h为普朗克常数。此时，Stokes散射的频率为
νs： νs＝ν0－ΔE/h，Δν＝ν0－νs 斯 托 克 斯 散 射 光 的 频 率 低 于 入 射 光 频 率 ν0 。
在散射光谱中，瑞利线最易观察，其频率等于
入射光频率ν0，其强度大，表现为十分尖锐的瑞利
峰。另外，在瑞利峰的两侧还能看到强度比瑞利线低
很多的频宽分别为ν0±Δν的散射线，瑞利峰与散 射线（拉曼线）的频率之差Δν叫拉曼位移，是散射
物质的特征量，可用于物质的定性测定。拉曼线在瑞
利线两侧成对出现，在瑞利峰低频侧的拉曼线叫斯托 克斯（Stokes）线；在瑞利峰高频侧的拉曼线叫反斯 托克斯（Anti-Stokes）线。因反斯托克斯线的强度比
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
15
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
第四章拉曼光谱及圆二色谱
18
高分子科学系周平
二、拉曼光谱的应用
纯水的拉曼光谱
H2O
1. 0
0. 9
0. 8
0. 7
H2O KBr固体盐片中
0. 6
0. 5
0. 4
0. 3
水的红外光 谱
10 00 50 0
Absorbance
0. 2
0. 1
40 00
35 00
30 00
25 00 W a ve n u m b e rs
20 00 (c m - 1 )
1313
15000
10000
5000
0 1000 1200 1400 Wavenum ber (cm -1) 1600 1800
1499
高分子科学系周平
28
3、在无机化学上的应用
The material from Nanotubes are Derived
Matthew Y. Sfeir etal. Science 26 November 2004: Vol. 306. no. 5701, pp. 1540 - 1543
1313
15000
10000
5000
0 1000 1200 1400 Wavenum ber (cm -1) 1600 1800
1499
高分子科学系周平
29
三、拉曼光谱谱仪及测试
• 1、激光拉曼光谱仪组成
样品
高分子科学系周平
30
三、拉曼光谱谱仪及测试
• 1、激光拉曼光谱仪组成
高分子科学系周平
31
20000
1580
14000
Elemental Carbon
Relative intensities -> degree of disorder in graphite structure
高分子科学系周平
二、拉曼光谱的应用
纯水的拉曼光谱
H2O
1. 0
0. 9
0. 8
0. 7
H2O KBr固体盐片中
0. 6
0. 5
0. 4
0. 3
水的红外光 谱
10 00 50 0
Absorbance
0. 2
0. 1
40 00
35 00
30 00
25 00 W a ve n u m b e rs
20 00 (c m - 1 )
1313
15000
10000
5000
0 1000 1200 1400 Wavenum ber (cm -1) 1600 1800
1499
高分子科学系周平
28
3、在无机化学上的应用
The material from Nanotubes are Derived
Matthew Y. Sfeir etal. Science 26 November 2004: Vol. 306. no. 5701, pp. 1540 - 1543
1313
15000
10000
5000
0 1000 1200 1400 Wavenum ber (cm -1) 1600 1800
1499
高分子科学系周平
29
三、拉曼光谱谱仪及测试
• 1、激光拉曼光谱仪组成
样品
高分子科学系周平
30
三、拉曼光谱谱仪及测试
• 1、激光拉曼光谱仪组成
高分子科学系周平
31
20000
1580
14000
Elemental Carbon
Relative intensities -> degree of disorder in graphite structure
激光拉曼光谱课件PPT
9
Raman光谱的基本原理
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
h0
E0 + h0
h0 h0
E1
V=1
E0
V=0
Rayleigh散射
h0 + Raman散射 h
Rayleigh散射是光子与物质分子发生弹性碰撞，当在碰撞过程
中没有能量的交换，光子的频率不变，仅改变方向。也就是说，
当处于E0或E1的分子，受hv0入射光子激发跃迁到E0+h0，E1+h0 的激发虚态，由于其不稳定，马上又返回相应能级E0和E1能级，
把吸收的能量又以光子的形式释放出来an光谱的基本原理
激发虚态
h0
E1 E0
E1 + h0 E0 + h0
h0 h0 V=1 V=0
Rayleigh散射
h(0 - )
h0 + Raman散射h
而Raman散射是光子与物质分子产生非弹性碰撞，他 们之间产生能量的交换，光子不但发生了方向上的改变， 而且能量会减少或增加。如上图所示，受激到激发态的 分子不是按照相应得返回到受激前的能级，这就会使入 射频率与散射光频率不同，产生一个能量差。
2021/3/10
11
Raman光谱的基本原理
Raman散射
Raman散射的两种 跃迁能量差：
E1 + h0 E0 + h0
①当入射光子(hv0)把处 h(0 - )
于E0能级的分子激发到E0+
hv0能级，因这种能态不稳 定而跃回E1能级，其净结 果是分子获得了E1与E0的
E1 V=1 E0 V=0
光的散射现象
当一束单色光通过透明介质时，大部分光透过或反射而小部分 光会被样品在各个方向上散射，在透射和反射方向以外出现的光就 称散射光。
拉曼光谱-PPT(精)
红外光谱与Raman光谱比较
② 不同之处：
a 红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的入射光和散 射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼光谱为散射光谱， 红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相等的（红外）光子被分 子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。
b 机理不同：从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程来源于分 子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非极性分子及 基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是拉曼活性的。 红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一般极性分子及基 团的振动引起永久偶极矩的变化，故通常是红外活性的。
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环
1000cm-1 c-o-c
787 cm-1 环变形
多数的吸收光谱中，只具有二个基本参数(频率 和强度) ；
在激光拉曼光谱中还有一个重要的参数即退偏振 比(也可称为去偏振度)。
由于激光是线偏振光，而大多数的有机分子是各向异 性的，在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是 不同的。
Raman散射 h
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.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
基本原理
Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
能量差： E=h(0 - )
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；
高分子材料分析测试方法ppt课件
结构鉴定激光拉曼散射光谱拉曼光谱用于分析的不足1拉曼散射面积2不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响3荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰4在进行傅立叶变换光谱分析时常出现曲线的非线性的问题5任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染这等于引入了一些误差的可能性会对分析的结果产生一定的影响激光拉曼散射光谱在高分子材料分析中的应用1
4、数据处理对红外谱图质量的影： (1)平滑处理：
红外光谱实验中谱图常常不光滑,影响谱图质量。不光滑的原因除了样 品吸潮以外还有环境的潮湿和噪声。平滑是减少来自各方面因素所产生的 噪声信号, 但实际是降低了分辨率, 会影响峰位和峰强, 在定量分析时需特 别注意。
（2）基线校正： 在溴化钾压片制样中由于颗粒研磨得不够细或者不够均匀, 压出的锭片不 够透明而出现红外光散射, 所以不管是用透射法测得的红外光谱,还是用反射 法测得的光谱, 其光谱基线不可能在零基线上, 使光谱的基线出现漂移和倾斜 现象。需要基线校正时, 首先判断引起基线变化的原因, 能否进行校正。基线 校正后会影响峰面积, 定量分析要慎重。
6、影响吸收谱带的其他因素还有：共轭效应、张力效应、诱导效 应和振动耦合效应。
共轭效应: 由于大P 键的形成, 使振动频率降低。 张力效应: 当环状化合物的环中有张力时, 环内伸缩振动降低,环外 增强。 诱导效应: 由于取代基具有不同的电负性, 通过静电诱导作用,引起 分子中电子分布的变化及键力常数的变化,从而改变了基团的特征 频率。 振动耦合效应: 当2个相邻的基团振动频率相等或接近时, 2个基团 发生共振,结果使一个频率升高, 一个频率降低。
Raman散射与红外吸收方法机理不同，所遵守的选择定则也不同。 两种方法可以相互补充，这样对分子的问题可以更周密的研究。下图是 Nylon 66的Raman与红外光谱图
4、数据处理对红外谱图质量的影： (1)平滑处理：
红外光谱实验中谱图常常不光滑,影响谱图质量。不光滑的原因除了样 品吸潮以外还有环境的潮湿和噪声。平滑是减少来自各方面因素所产生的 噪声信号, 但实际是降低了分辨率, 会影响峰位和峰强, 在定量分析时需特 别注意。
（2）基线校正： 在溴化钾压片制样中由于颗粒研磨得不够细或者不够均匀, 压出的锭片不 够透明而出现红外光散射, 所以不管是用透射法测得的红外光谱,还是用反射 法测得的光谱, 其光谱基线不可能在零基线上, 使光谱的基线出现漂移和倾斜 现象。需要基线校正时, 首先判断引起基线变化的原因, 能否进行校正。基线 校正后会影响峰面积, 定量分析要慎重。
6、影响吸收谱带的其他因素还有：共轭效应、张力效应、诱导效 应和振动耦合效应。
共轭效应: 由于大P 键的形成, 使振动频率降低。 张力效应: 当环状化合物的环中有张力时, 环内伸缩振动降低,环外 增强。 诱导效应: 由于取代基具有不同的电负性, 通过静电诱导作用,引起 分子中电子分布的变化及键力常数的变化,从而改变了基团的特征 频率。 振动耦合效应: 当2个相邻的基团振动频率相等或接近时, 2个基团 发生共振,结果使一个频率升高, 一个频率降低。
Raman散射与红外吸收方法机理不同，所遵守的选择定则也不同。 两种方法可以相互补充，这样对分子的问题可以更周密的研究。下图是 Nylon 66的Raman与红外光谱图
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1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
第4章 激光拉曼光谱法
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理
1.2.2基本原理 ❖选律
1S C S
2 S C S 3 S C S 4
拉曼活 性 红外活 性
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。
性振无动对，称又中是心拉分曼子活（性例振如动S。O2等），三种振动既是红外活
激发虚态 E1 + h0
h(0 - )
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1
E0
V=0
瑞利散射
拉曼散射 h
பைடு நூலகம்
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）
第4章 激光拉曼光谱法
偶极距 = E
分子极化率；
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理 1.2.2基本原理
eE
❖ 红外活性和拉曼活性振动
r
①红外活性振动
e
ⅰ永久偶极矩；极性基团；
ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子；
红外活性振动—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；
第4章 激光拉曼光谱法
1.3激光拉曼光谱的应用
2941，2927cm-1 ASCH2 2854cm-1 SCH2 1444，1267 cm-1 CH2
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
第4章 激光拉曼光谱法
1.3激光拉曼光谱的应用
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
❖ 1.1.2拉曼光谱 给出的信息
❖ 不同材料的拉曼光 谱有各自不同于其 它材料的特征的光 谱——特征谱。特 征谱为表征和鉴别 材料提供了指纹。 为光谱学和材料物 性研究打下基础。
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.2拉曼光谱给出的信息
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.2拉曼光谱给出的信息
1.1什么是拉曼光谱
❖ 1.1.1什么是拉曼效应? ❖ 光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。 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）
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.1什么是拉曼效应?
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱
1.1.1什么是拉曼效应? ❖ 时间和发现人? ❖ 1928 年，印度科学家C.V Raman in首先在CCL4光
谱中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长会发 生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色发生变化的 散射光的研究，可以得到分子结构的信息，因此这种效应 命名为Raman效应。
第4章 激光拉曼光谱法
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.2拉曼光谱给出的信息
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.3拉曼光谱的特征
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.1.3选择合适的激发波长
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理
1.2.1瑞利散 射和拉曼散射
高分子材料分析技术
第4章 激光拉曼光谱法
本章教学目的和要求
❖ 熟悉激光拉曼光谱法的基本原理 ❖ 掌握激光拉曼光谱法的特点、应用
第4章 激光拉曼光谱法
❖ 1.1什么是拉曼光谱 ❖ 1.2激光拉曼光谱的原理 ❖ 1.3激光拉曼光谱的应用 ❖ 1.4激光Raman光谱仪
第4章 激光拉曼光谱法
1.1什么是拉曼光谱
第4章 激光拉曼光谱法
1.3激光拉曼光谱的应用
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。
ANTI-STOKES
Raman位移：
Raman散射光与入射光
频率差；
0 -
Rayleigh
0
0 +
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理
1.2.2基本原理 ❖ 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
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理 1.2.2基本原理 ❖ 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光谱范围40-4000Cm-1
光谱范围400-4000Cm-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
第4章 激光拉曼光谱法
1.3激光拉曼光谱的应用
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。
1.2激光拉曼光谱的原理
1.2.2基本原理
❖ Raman散射
Raman散射的两种跃迁
E1 E2
+ +
h0 h0
能量差：
h(0 - )
h h(0 + )
E=h(0 - ) 产 生 stokes 线 ； 强 ； 基
态分子多；
E V=1 E1 V=
0
h
E=h(0 + ) 产生反stokes线；弱；
00
STOKES
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
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理 1.2.2基本原理 ❖ 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；
第4章 激光拉曼光谱法
1.2激光拉曼光谱的原理 1.2.2基本原理 ❖ 红外与拉曼谱图对比