拉曼光谱-实验、计算简介
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介
表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介1.拉曼光谱简介：光与物质分子的碰撞可以分为两类，即弹性碰撞和非弹性碰撞。
光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。
如果发生的是弹性碰撞，即光子仅改变运动方向而在碰撞过程中没有发生能量交换，这种散射为瑞利散射(Rayleigh scattering)；如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射就是拉曼散射(Raman scattering)。
结合图1我们可以更加清楚地了解光的散射过程。
图1 瑞利散射与拉曼散射的基本原理在激发光的激发下，分子从它的某一振动态(基态或激发态)跃迁到一个激发虚态，在皮秒时间尺度内跃迁回基态，同时伴随着光子的释放。
这时，大部分跃迁回基态时所释放的光子的波长与激发光相同，就是瑞利散射线。
另有少数光子的波长与激发光不同，即拉曼散射线，该散射又可以分为两类(见图1)：Stokes 散射和反Stokes散射。
由于常温下处于振动基态的分子数远多于处于振动激发态的分子数，所以Stokes谱线要比反Stokes线强得多。
拉曼光谱所关心的是拉曼散射光与入射光频率的差值，即拉曼频移。
不同的激发光所产生的拉曼散射光频率也不相同，但是拉曼频移是相同的。
拉曼频移表征的是化合物的振动—转动能级，在这一点上拉曼光谱与红外光谱是十分相似的[1,2]。
拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，它的应用早已超出化学、物理的范畴，渗透到生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域，成为研究分子结构和组态、确定晶体结构的对称性、研究固体中的缺陷和杂质、环境污染物、生物分子和工业材料微观结构的有力工具。
2.表面增强拉曼散射(SERS)简介：表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering)最早是由Fleishmann 等人[3]于1974年发现。
他们在研究电化学电池内银电极上吸附的吡啶分子的拉曼光谱时发现其谱线强度有明显增强，对此他们解释为电极表面粗糙化引起电极表面积的增加。
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
拉曼光谱仪实验报告数据齐全
拉曼散射光谱实验一、实验目的：1）学习和了解拉曼散射的基本原理。
2）掌握测量液体拉曼光谱的系统搭建方法。
3）掌握利用拉曼光谱定量测量未知溶液浓度的测量方法。
4）掌掌握利用拉曼光谱技术对未知物品的材料鉴定方法。
二、实验原理（一）测量未知溶液浓度的原理拉曼散射强度可表示为：式中：I为光学系统所收集到的样品表面拉曼信号强度；K为分子的拉曼散射截面积；ϕ为样品表面的激光入射功率；h（z）为光学系统的传输函数；b为样品池的厚度；C是待测物的浓度。
由上式可以看出，在一定条件下，拉曼信号强度与产生拉曼散射的待测物浓度成正比，即：因此即可实现在一定浓度范围内，根据接收到的拉曼散射信号定量分析溶液的浓度。
目前基于激光拉曼光谱技术的乙醇定量分析方法主要是的到884-1cm处的谱峰强度与乙醇浓度之间的函数关系，从而定量分析未知样品的乙醇浓度。
（二）测量未知物质的原理测量的光谱数据经软件上的预处理，然后导出光谱数据。
预处理包含插值和剪切、基线处理、平滑滤波、光谱归一化。
插值和剪切：插值是一种通过已有数据点来估计缺失数据点的方法。
在光谱数据中，可能会出现某些波长缺失或者数据点较少的情况，这时就需要使用插值来填补缺失的数据。
插值可以通过不同的算法来实现，比如线性插值、样条插值等。
剪切是将数据范围缩小到所需要的波长范围内。
基线处理：在实际光谱测量中，拉曼光谱由于受到物质荧光特性、背景噪声和激光器功率波动的影响，往往会产生基线漂移现象，基线校正是利用数学近似拟合的原理，首先根据原始光谱数据拟合出相应的背景信息—基线，然后从原始光谱数据中去除该基线，最后得到真实光谱信息的方法。
平滑滤波：基线校正步骤消除了低频噪声拉曼信号的影响，然而还有大量噪声作为高频成分存在于拉曼信号中，因此需对拉曼光谱进行平滑去噪来抑制光谱的高频噪声。
常用的平滑去噪算法有窗口去噪法、Savitzky-Golay（S-G）滤波法和小波阈值法等。
光谱归一化：在光谱测量中，由于时间、仪器状况和外部环境的影响，每条光谱的拉曼强度可能会有所差异。
拉曼光谱课件
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。
拉曼光谱检测
拉曼光谱检测浅谈拉曼光谱检测浅谈拉曼光谱检测⼀、拉曼光谱简介拉曼技术在⼀个世纪⾥发展成为⼀门较成熟的科学，取决于它产⽣的机制和光谱表征的特性。
拉曼光谱（Raman spectra），是⼀种散射光谱。
拉曼光谱分析法是基于印度光谱中发现了当光与分⼦相互作科学家C.V.拉曼（Raman）于1928年⾸先在CCL4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。
拉曼光谱是由物质分⼦对光源的散射产⽣的，与分⼦的振动与转动能级的变化有关，来源于分⼦极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。
如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发⽣变化。
因此，拉曼光谱常⽤于研究⾮极性基团与⾻架的对称振动。
拉曼光谱是由物质分⼦对光源的散射产⽣的，与分⼦的振动与转动能级的变化有关，来源于分⼦极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。
如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发⽣变化。
因此，拉曼光谱常⽤于研究⾮极性基团与⾻架的对称振动。
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，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、拉曼光谱的原理及其特点（1）拉曼光谱的原理拉曼效应的振动能级图拉曼散射是光照射到物质上发⽣的⾮弹性散射所产⽣的。
当⼀束光照射到物质上时，光⼦和物质发⽣弹性散射和⾮弹性散射，弹性散射的散射光波长与激光波长相同。
拉曼光谱简介
有对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼之一有活性，则
另一非活性；
2）互相允许法则
无对称中心的分子其分子振动对红外和拉曼都是活性的 ； 3）互相禁止法则 少量分子的振动模式对红外和拉曼都是非活性的。
8
O
1.0
4 -A M IN O B E N ZO IC A C ID -IR 4 -A m i n o b e n z o i c a c i d -R a m a n
提供重原子的振动信息 ； 4）由于水的散射光谱极弱，因此拉曼光谱特别适合于研究水 溶液体系 ； 5）固体样品可直接测定，无需制样。
5
4．与红外光谱的关系
共同点：二者都反映分子振动的信息。 不同点：其物理过程不同。
1）拉曼效应是光散射过程，因此是发射光谱，而红外光 谱是吸收光谱； 2）拉曼光谱来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率变化
2
• 1960年代，激光技术的成熟极大的推动了
什么是拉曼效应呢？
光照射到物质上时会发生散射，大部分散射光的频率不变， 这部分光叫做瑞利散射。还有一小部分光的频率在散射后发 生了变化，频率的变化决定于散射物质的特性，这就是拉曼 效应。 拉曼光谱是入射光子和分子相碰
撞时，分子的振动能量或转动能
量和光子能量叠加的结果，利用 拉曼光谱可以把处于红外区的分 子能谱转移到可见光区来观测。 因此拉曼光谱作为红外光谱的补 充，是研究分子结构的有力武器。
15
5. 2 FT-Raman光谱 FT-Raman采用傅立叶变换技术对信号进行收集，多次累加来 提高信噪比，并用Nd：YAG 的近红外激光光源（钇铝石榴石
激光器，波长1064 nm）照射样品，大大减弱了荧光背景 。
和传统色散光谱仪不同的 是，FT-Raman光谱仪采 用近红外光源，没有分光 系统，而且检测器采用了 高灵敏度的铟镓砷探头 。
拉曼光谱简介
Raman spectra
拉曼光谱基本原理
拉曼效应是光与物质分子之间发生能量交 换的结果，光照射到物体上会发生弹性散射 和非弹性散射。 弹性碰撞：光子和分子之间没有能量交换， 仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于 入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞 利散射。 非弹性碰撞：光子和分子之间在碰撞时发生 了能量交换，即改变了光子的运动方向，也 改变了能量。使散射频率和入射频率有所不 同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。
(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。此外，玻璃的拉 曼散射也较弱，因而玻璃可作为理想的窗口材料，例如液体或粉末固体样品可放于 玻璃毛细管中测量。
(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。
拉曼光谱基本原理
characteristic Raman frequencies
拉曼频率的确认
composition of material
物质的组成
e.g. MoS2, MoO3
changes in frequency of Raman peak
拉曼峰位的变化
stress/strain State 张力 / 应力 crystal symmetry and orientation
晶体对称性和取向
e.g. Si 10 cm-1 shift per பைடு நூலகம் strain e.g. orientation of CVD diamond grains e.g. amount of plastic deformation e.g. thickness of transparent coating
拉曼光谱简介
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波长、波数、拉曼位移的关系可以由图 2 来解释。这是氯仿的拉曼光谱图，从下到
上三个横坐标分别表示波长、波数、拉曼位移。我们以拉曼位移在 667cm-1 处的拉曼特
所以增加入射光的频率、样品的浓度，都可以增强拉曼散射效应。散射参数与分子 的散射截面有关，增大散射截面也可以提高散射效应, 如共振拉曼和表面增强拉曼。拉
曼散射效率很低，因此拉曼散射光的强度要比瑞利光和荧光弱。举一个例子如果有一百 万个光子，大约有 999000 个瑞利散射光子，999 个荧光光子，只有一个是拉曼散射光
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最后拉曼散射光的强度可以用下面的方程表示：
I = I0 ⋅ A(υ) ⋅ J (υ) ⋅υ 4 ⋅ C I0 ,入射光的强度； A(υ) 为分子自吸收系数； J (υ) 为分子散射参数； υ 为入射光频率（与波长成反比）， C 为样品浓度。
子的非完全振动产生红外吸收带，一些强极性基团，如羟基、酮等在红外光谱有吸收带，
而测不到拉曼光谱。非极性的，但易于极化的基团，如二烯烃、双硫键等，不会产生红
外光谱，但有明显的拉曼光谱。由此可见，红外光谱与拉曼光谱可以相互补充，结合使
用这两种技术可以获得丰富完整的分子结构信息。
在拉曼光谱图中横坐标表示的拉曼位移（Raman shift），单位为波数用 cm-1 表示， 它是入射光的波数与散射光波数之差。波数是波长的倒数，用υ 表示， υ = 1 。
拉曼光谱-（ＰＤＦ）
四、低维纳米体系的理论基础和光谱特征在边界处，晶体材料的平移对称性被打破了，导致了表面和界面振动模式的出现。
此外，加工处理和生长过程中，晶粒的外层原子常常与相邻原子再作用（点阵重构、钝化/腐蚀层、污染物等）而经受陡峭的热化学梯度，产生了新相，这些新相产生了新谱。
这些因素在体材料Raman谱中常常被忽略了，但可以预言在纳米晶体中它们将变得非常有意义，因为对纳米结构这些贡献是非常大的。
12纳米粒子的特征：1 维度、尺寸与特征长度1）几何维度和几何大小2）特征长度指物力长度：退相长度（dephasing length ）L φ、扩散长度（diffused length ）L d 以及电子（激子）的波尔半径r e 、粒子的德布罗意波长λd 和电磁波长λ等。
不同外界条件下的同一特征长度的几何尺寸可能会不同，如：氢原子中电子的波尔半径只有0.05nm ，而在GaAs 中传导电子的波尔半径可达10nm 。
4.1低维纳米体系的晶格动力学和光散射理论研究1949年Frohlich第一个提出并研究了有限，尺寸晶体声子谱，理论。
Frohlich研究一个双原子球形样品，球半径大于晶格常数但小于红外波长，他证明：1）球内的计划是均匀的；2）在体材料的纵、横光学声子频率ωL和ωT之间出。
现一个新的光学模——称为Frohlich模ωF随后，小尺寸晶体的晶格动力学和拉曼散射的工作不断进展，形成新的学科分支。
564.1.1 超晶格半导体超晶格结构如图所示，此结构将导致与体材料不同的新的色散和光谱特征。
1）沿生长方向，构成了光学声子势阱，阱中声子的能量特征与势阱中的电子相类似;2）新的晶格周期L = (n 1a 1+n 2a 2), (其中，n 1和n 2是单层数，a 1和a 2分别是单层厚度，一般，L >> a;体材料-π/a —π/a 的大布里渊区变为-1/L —1/L 的小布里渊区。
对1和2体材料色散曲线差别不大（声学声子通常如此），则体色散曲线“折叠”入小布里渊区，超晶格中材料1和2的声子的能量分别“分裂”成n 1+n 2个能级。
有机波谱分析拉曼
含氮有机物的拉曼光谱特征
• 胺类：在3400-3500cm-1附近出现特征峰，对应 于N-H键的伸缩振动；在1550-1650cm-1附近出 现特征峰，对应于N-H键的弯曲振动。
含硫有机物的拉曼光谱特征
• 硫醇类：在3400-3500cm-1附近 出现特征峰，对应于S-H键的伸 缩振动；在1250-1450cm-1附近 出现特征峰，对应于C-S键的伸 缩振动。
03
拉曼光谱在有机物结构分 析中的应用
确定分子结构
拉曼光谱可以提供分子振动和转动信息，通过分析这些信息，可以确定分子的结构。例如，通过观察 拉曼光谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中存在的化学键和分子构型。
拉曼光谱还可以用于研究分子内部的相互作用和分子间的相互作用，从而进一步了解分子的结构和性 质。
05
拉曼光谱的实验技术及样 品制备
实验设备与操作
拉曼光谱仪
用于产生和检测拉曼散射的仪器， 包括激光源、光谱仪和样品台。
激光波长选择
根据样品特性选择合适的激光波长， 以获得最佳的拉曼散射效果。
实验参数设置
包括曝光时间、激光功率、扫描范 围等，需根据具体情况进行调整。
样品制备方法
01
02
03
固体样品
环境科学
拉曼光谱可以用于环境科学领域的研究，例如检 测水体中的污染物、监测大气中的气体成分等。
拉曼光谱的优势与局限性
优势
拉曼光谱具有高灵敏度、高分辨率和 高重现性等优点，可以用于多种不同 类型的物质分析，且对样品无损伤。
局限性
拉曼光谱的信号较弱，需要较长时间 采集数据；另外，拉曼光谱对样品的 要求较高，有些样品可能难以获得理 想的拉曼光谱。
鉴定化合物类型
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告戚嘉杰(151242034)∗南京大学匡亚明学院2018.05.25引言拉曼光谱是分子或者凝聚态物质的散射光谱。
如果光线射向透明物体，光与物体内的粒子发生碰撞时就产生了散射现象。
大部分的散射光子与入射光具有相同的频率。
具有不同频率的散射光现象就是拉曼散射。
拉曼散射是单色光与分子或者晶体物质发生非弹性散射的结果。
介质分子本身振动或转动造成入射光与介质分子之间交换能量，使得散射光频率发生改变。
于是研究拉曼光谱可以有效的研究分子结构分子振动能级。
拉曼光谱已经成为物质鉴定的有效手段。
1实验目的1.掌握掌握拉曼散射的基本原理，学会根据拉曼散射谱线辨别其简正模式2.掌握拉曼散射的实验技术2实验原理如果光线射向透明物体，光与物体内的粒子发生碰撞时就产生了散射现象。
大部分的散射光子与入射光具有相同的频率。
具有不同频率的散射光现象就是拉曼散射。
拉曼散射是最弱的，通常小于入射光的10−6。
实验得到的拉曼散射光谱图，其谱线有三个明显的特征：1.拉曼散射谱线波数随入射光波数变化而变化。
对同一样品同意拉曼线的波数差不变。
2.若以入射光波数为中心点，两边分别是斯托克斯线与反斯托克斯线。
3.一般情况下，斯托克斯线的强度大于反斯托克斯线。
2.1拉曼散射经典解释入射光作用下分子被诱导一个偶极矩，在入射光场不太强的情况下，感应电偶极矩P与入射光场E之间呈现线性关系：P=αE(1)∗电子邮件:151242034@在P 和E 不在同一方向的情况下α是一个3×3的对称矩阵，即a ij =a ji 。
如果分子中原子处于平衡位置附近振动，则分子的极化率将会发生改变。
当振动幅度不大时可以使用简谐振动来近似。
分子第k 个简正坐标可表示为Q k =Q k 0cos(ωk +φk )(2)此时a ij 将受到分子振动的微扰，它可用对简正坐标进行泰勒展开：a ij =(αij )0+ k ∂αij ∂Q k 0Q k +12 k, ∂2αij ∂Q k ∂Q 0Q k Q + (3)这样不难得知拉曼散射是同分子的某个振动模式中电极化率是否发生变化相关联的。
材料表征方法拉曼光谱课件
THANKS
数据分析
结合样品的性质和实验目 的，对特征峰进行定性和 定量分析，得出有关材料 结构和性质的结论。
03
拉曼光谱在材料表征中的应 用
晶体结构分析
总结标词题
拉••曼光文文谱字字能内内够容容通过分 析•材料文中字特内定容振动模 式来• 确文定字其内晶容体结构。
详细描述
拉曼光谱可以检测到 材料中特定分子的振 动模式，这些振动模 式与晶体的对称性和 振动频率密切相关， 从而可以推断出材料
样品安装
将处理好的样品放置在拉曼光谱仪的样品台上，确保样品与激光光路对准。
数据采集
启动光谱仪，收集样品的拉曼散射信号，记录光谱数据。
实验数据处理与分析
01
02
03
数据预处理
对采集到的原始数据进行 整理、平滑和背景校正等 处理，以提高数据质量。
特征峰识别
根据拉曼光谱的原理，识 别出与样品相关的特征峰， 并确定其对应的振动模式。
优点
可以提供分子振动和转动信息，适用 于各种类型的材料，包括非晶体、部 分晶体和有机/无机材料。
05
拉曼光谱的未来发展与展望
高灵敏度拉曼光谱技术
总结词
随着科学研究的深入，对材料表征的精度和灵敏度要求越来 越高，高灵敏度拉曼光谱技术成为未来的发展趋势。
详细描述
高灵敏度拉曼光谱技术通过采用先进的激光技术和信号处理 方法，提高了拉曼散射的信号强度和信噪比，从而能够更准 确地检测微弱信号，对痕量物质和低浓度样品进行有效的表征。
的晶体结构。
总结词
拉曼光谱在晶体结构 分析中具有高精度和
高灵敏度。
详细描述
拉曼光谱的分辨率高， 可以区分不同晶体的 振动模式，从而准确 地确定材料的晶体结 构。此外，拉曼光谱 的灵敏度高，可以检 测到微小的晶体结构
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告
本实验旨在通过拉曼光谱技术对样品进行分析，了解其分子结构和化学成分。
拉曼光谱是一种非破坏性的分析方法，能够提供样品的化学成分和结构信息，具有快速、准确的特点，因此在化学、生物、材料等领域有着广泛的应用。
在实验中，我们首先准备了样品，并进行了表面清洁处理，以保证实验的准确
性和可靠性。
接着，我们使用拉曼光谱仪对样品进行测试，并记录了拉曼光谱图谱。
通过对光谱的分析和解读，我们可以获得样品的拉曼光谱信息，进而推断出其分子结构和化学成分。
实验结果显示，样品的拉曼光谱图谱呈现出特定的峰位和波谱特征，通过对比
标准物质的光谱图谱，我们成功确定了样品的分子结构和化学成分。
同时，我们还对样品进行了定量分析，获得了样品中各种成分的含量和分布情况。
通过本次实验，我们深入了解了拉曼光谱技术的原理和应用，掌握了样品制备
和测试的关键技术，提高了对化学成分和结构分析的能力。
拉曼光谱技术具有广泛的应用前景，可以在化学、生物、材料等领域发挥重要作用，为科学研究和工程技术提供有力支持。
总之，本次实验取得了良好的实验结果，实现了预期的实验目的，为我们进一
步深入研究拉曼光谱技术和应用奠定了基础。
希望通过本次实验，能够对拉曼光谱技术有更深入的认识，为我们今后的学习和研究提供更多的帮助和支持。
拉曼光谱
●第一种是分子处于基态振动能级，与光子碰撞后，分子从入射光子获取
确定的能量h达到较高的能级。则散射光子的能量变为h（ν0－ ） = hν，频率降低至ν0－ 。形成能量为h（ν0－ ）、频率为ν0－ 的谱线。 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，可以检测到频率为（V0-△E/h)的线， 称为斯托克斯线。
反斯托克斯线：若光子从样品分子中获得能量， 在大于入射光频率处接收到散射光线，则称为 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。
对应于同一分子能级，stocks和anti-stockes线的拉曼位移 应该相等; 但强度不同
发光 488 1000 496.5 649 514.5 无 绝对波数 不因 ν 不同而改变
发光线
1000cm-1
20141 19435
Si 520 cm-1
649 cm-1
19972 21012
Si 520 cm-1 Si 520 cm-1
19955
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第四章 拉曼光谱
一 拉曼光谱基本原理
二 拉曼光谱与红外光谱比较 三 拉曼光谱仪简介 四 拉曼光谱应用 五 表面增强拉曼简介
引子
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。和汤川秀树 （日）一起成为仅有的两位没有 受过西方教育的诺贝尔科学奖得 主。为表彰拉曼对印度科学进步 所作的巨大贡献，印度政府将 2 月28日定为“拉曼节”。
拉曼光谱(1)
●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。 6
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
Stokes线与反Stokes线
拉曼效应为光子与样品中分子的非弹性碰撞，即光子与分子相互作用中 有能量的交换。
入射光子的能量为hν0，当与分子碰撞后，可能出现两种情况：
②拉曼活性振动
μ 非极性基团，对称分子都可产生诱导偶极， i = E
总则：伴随有极化率变化的振动可以产生拉曼光谱。
两者研究范围的区别：
对称分子： 对称振动→拉曼活性，无红外活性
不对称振动→红外活性，无拉曼活性
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振动自由度： 3N- 5 = 4
S1 C S 2S C S 3S C S
4 红外光谱—源于偶极矩变化
1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈的主要原因。
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三 拉曼光谱仪仪器简介
(1) 色散型拉曼光谱仪 (2) 傅立叶变换拉曼光谱仪
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(1) 色散型拉曼光谱仪
色散型拉 曼光谱仪
光源
样品装置
单色器
信号处 理系统
拉曼光谱仪主要由五个基本部件组成：
1、用于激发被测样品的激发光源（激光）。 2、收集散射光光学系统。 3、把散射光中不同频率的光分开的分光光度计（单色器）。 4、测量各种不同散射光频率的检测器。 5、用于单色器扫描控制、数据采集/处理和数据分析的操作软件。
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色散型拉曼光谱仪缺点
色散型拉曼光谱仪大都采用可见光作激发光源和光栅分 光得到拉曼光谱。
这类光谱仪存在的缺点： （1）采用可见光激发，容易产生荧光。 在生物大分子分析时将拉曼光谱掩盖，造成高背景。 （2）可见光能量高，样品易光解，热解。 （3）使用光栅分光和狭缝，光谱分辨率受到限制，光谱波数的重现性和 精度差。用标准样品校正波数，狭缝限制了光通量，信噪比不高。
gaussian计算拉曼光谱
Gaussian计算拉曼光谱一、引言拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析手段，通过激光、X射线等外界激发光源激发分子，通过分子振动模式的特征频率产生拉曼散射光谱。
Gaussian计算方法可以有效地模拟拉曼光谱，为实验结果提供理论支持和解释。
二、Gaussian计算拉曼光谱原理1. 可夫-拉夫对Gaussian计算拉曼光谱的基础是可夫-拉夫对的描述。
在分子振动引起的分子极化率改变时，分子将通过拉曼散射光谱发出特定频率的光子。
Gaussian计算方法可以通过计算分子振动的频率和极化率的改变来计算分子的拉曼光谱。
2. 计算步骤Gaussian计算拉曼光谱的步骤包括：构建分子模型、优化分子结构、计算分子振动频率和拉曼散射强度。
三、Gaussian计算拉曼光谱的优点1. 精度高Gaussian计算方法采用量子力学模型来描述分子振动模式，能够提供高精度的拉曼光谱计算结果。
2. 多功能性Gaussian计算方法可以用于不同类型分子的拉曼光谱计算，包括有机分子、无机分子和生物分子等。
3. 灵活性Gaussian计算方法能够灵活地控制计算精度和计算范围，满足不同研究需求。
四、Gaussian计算拉曼光谱的应用1. 分子结构表征Gaussian计算拉曼光谱可用于确定分子的组成和结构，为分子结构表征提供理论支持。
2. 化学反应机理研究Gaussian计算拉曼光谱可用于研究化学反应中的分子振动模式变化，从而揭示化学反应的机理。
3. 新材料设计Gaussian计算拉曼光谱可用于预测新材料的拉曼光谱特性，指导新材料设计和合成。
五、Gaussian计算拉曼光谱的局限性1. 计算成本较高Gaussian计算拉曼光谱需要大量的计算资源和时间，计算成本较高。
2. 计算精度受限Gaussian计算方法在处理大分子或复杂体系时，计算精度会受到限制。
3. 实验验证难度大Gaussian计算结果需要通过实验验证，实验验证的难度较大。
六、结论Gaussian计算方法是一种重要的计算化学方法，可以有效地模拟分子的拉曼光谱。
15拉曼光谱实验讲义
拉曼光谱实验1 引言拉曼散射效应是以此现象的发现者——印度物理学家C．V．Raman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。
拉曼光谱和红外光谱同属分子振动光谱，但它们的机理却不同：红外光谱是分子对红外光的特征吸收，而拉曼光谱则是分子对光的散射。
由于拉曼散射光的频率位移对应于分子的能级跃迁，因此拉曼光谱技术便成为人们研究分子结构的新的手段之一。
20世纪40年代，由于当时的仪器技术水平所限，也由于红外光谱技术的迅速发展，拉曼光谱一度处于低潮阶段。
60年代初，激光器的出现为拉曼光谱提供了理想的光源，再加上计算机的发展，使激光拉曼光谱逐步成为分子光谱学中一个活跃的分支。
拉曼光谱技术以其信息丰富，制样简单，水的干扰小等独特的优点，广泛应用于生物分子、高聚物、半导体、陶瓷、药物、禁违毒品、爆炸物以及化学化工产品的分析中。
2 方法原理2．1 拉曼散射效应当激发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，而光的频率仍与激发光的频率相同，这种散射称为瑞利散射；约占总散射光强度的10-6～10-10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，不同于激发光的频率，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1。
受激虚态El激发态E。
基态图1 拉曼散射效应能级图对于斯托克斯(Stokes)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⊿E，恰好等于光子失去的能量：⊿E=E1一E0(1)与之相对应的光子频率改变⊿ν，为⊿ν＝⊿E／h式中h为普郎克常数。
此时，Stokes散射的频率为ν，νs =ν0-⊿E／h，⊿ν=ν0-νs斯托克斯散射光的频率低于激发光频率ν0。
同理，仅斯托克斯(Anti—Stokes)散射光的频率νas为νas =ν0+⊿E／h，⊿ν=νas-ν0反斯托克斯散射光的频率高于激发光频率。
拉曼光谱法定量分析无机盐浓度
实验二 拉曼光谱法定量分析无机盐浓度一. 实验目的1、了解拉曼光谱的基本原理，掌握显微共焦激光拉曼光谱仪的使用方法。
2、用拉曼光谱仪定量分析无机盐浓度。
二. 实验原理当用波长比试样粒径小得多的频率为υ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。
散射光中除了存在入射光频率υ外，还观察到频率为υ±△υ的新成分，这种频率发生改变的现象就被称为拉曼效应。
υ即为瑞利散射，频率υ+△υ称为拉曼散射的斯托克斯线，频率为υ-△υ的称为反斯托克斯线。
△υ通常称为拉曼频移，多用散射光波长的倒数表示，计算公式为11λλν-=∆式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。
△υ的单位为cm -1。
由于拉曼谱线的数目、频移、强度直接与分子振动或转动能级有关。
因此，研究拉曼光谱可以提供物质结构的有关信息。
自从激光问世以来，拉曼光谱的研究取得了长足进展，已广泛应用于物理、化学、生物以及生命科学等研究领域。
图1显微共焦激光拉曼光谱仪结构拉曼的信号响应强度并不与溶液浓度成正比，因此我们不能通过比较信号强度值大小来对溶液进行定量分析。
但在同一张拉曼谱线里，峰面积与物质分子（或显微镜样品狭缝光栅扩束器离子）的数量成正比，即：Aa /Ab= na/nb以H2O和NO3-为例：AH2O /ANO3-= nH2O/nNO3-(1)NO3-摩尔浓度公式：1/c=V/nNO3-=m/(nNO3-ρ)=(nH2OMH2O+nNO3-MNO3-)/(nNO3-ρ) (2)当nH2O 远大于nNO3-时，1/c= nH2OMH2O/ (nNO3-ρ) (3)设MH2O/ρ为常数k1/c=k nH2O /nNO3-(4)综合（1）式，1/c=k (AH2O /ANO3-),即1/c正比于AH2O/ANO3-,若作c关于AH2O/ANO3-的函数，应为一反比例函数。
若用标准已知浓度的NO3-做出标准曲线，那么未知浓度的NO3-溶液浓度便可通过标准曲线求得。