拉曼光谱
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laser Raman spectroscopy 激光拉曼光谱仪按原理主要 分为：
傅里叶变换拉曼(fourier transform Raman,FT-Raman) 色散型拉曼(dispersive Raman,DISRaman) DIS-Raman和FT-Raman都采用滤光 片消除占优势的Rayleigh 散射的影 响，使更微弱的拉曼散射信号能被 检测到。
化学, 2005, 33 ( 2) : 272-276.
[ 8 ] 张向萍, 李淑卿. 盐酸曲马多镇痛作用的研究概况[ J ] . 现代中西医结 合杂志, 2005, 14 (14) : 1920-1922.
• 70 年代中期，激光拉曼探针的出现，给微区分析注入活 力。 • 80 年代以来，随着科学技术的飞速发展，激光拉曼光谱 仪在性能方面日臻完善。目前，拉曼光谱已广泛应用于材 料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。就 分析测试而言，拉曼光谱和红外光谱相配合可以更加全面 地研究分子的运动状态，提供更多的分子结构分析方面的 信息。
二、拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy Rayleigh散射： 激发虚态 弹性碰撞； E1 + h0 无能量交换，仅 E0 + h0 改变方向； h0 Raman散射： h0 h0 非弹性碰撞 E1 ；方向改变且有 V=1 E0 V=0 能量交换；
• 3.考古方面的研究
• 由于拉曼分析法具有非破坏性、携带方便、能进行原位分 析、空间分辨率高、光谱分辨率高、适用于大型不规则样 品等优点，用于考古方面。 • 研究人员使用拉曼光谱可以判断不同的织物和它们不同的 生产阶段。还可以鉴定古埃及的亚麻，13 世纪意大利的 陶瓷，中世纪的壁画，还可以用来研究美国印弟安人的艺 术品中的树脂。
拉曼光谱及其应用
拉曼光谱
• • • • • • 简介 基本原理 激光拉曼光谱仪 拉曼光谱技术分类 应用 展望
一、简介
• 拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928 年印度物理学家C. V. Raman 发现的。
• 30 年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段，此时的 拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源，物质产生的拉曼散射谱线 极其微弱，因此应用受到限制，尤其是红外光谱的出现， 使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。 • 至60 年代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的发 展给拉曼光谱带来新的转机。世界上各大仪器厂家相继推 出了激光拉曼光谱仪，此时拉曼光谱的应用领域不断拓宽。
在1466~1610 cm-1 的吸收峰与CH3 的剪式振动、扭 转振动、摇摆振动以及C-H 的变形有关。
2936.9 cm-1 ( vs) C-H 反对称伸缩振动和2866.9 cm1( s) C-H 对称伸缩振动能够证明环己烷在, 在851.91cm-1 ( s) C-N 对称伸缩振动能够证明叔胺基 团的存在。具体拉曼位移及归属见表1。
拉 曼 光 谱 仪 装 置 图
• 一台拉曼光谱仪主要做到两点： ①阻挡瑞利散射光和其他杂散光进入探测器； ②将拉曼散射光分散成各个频率，入射于探测器。
• 而对于拉曼光谱仪的一般要求是最大程度地探测 到来自试样的拉曼散射光，有较高的光谱分辨率 和转移精度，合适的光谱范围以及操作方便。
三、激光Raman光谱仪
1.1.3 拉曼光谱分析盐酸曲马多结构的优 缺点
•
优点：本实验主要为盐酸曲马多结构的定性分析, 所采 用的显微共焦拉曼激光拉曼光谱仪具有较高的水平方向的 空间分辨率,利用该仪器测定样品时, 无样品前处理, 而 且对样品外观和结构也无损伤。这也是比红外光谱测试更 优越的特点之一。 • 缺点：如果在定量分析时, 荧光会干扰拉曼图谱,影响 检测的灵敏度，此外，用拉曼光谱还不足以获得盐酸曲马 多全面的结构信息，需要用其他波谱法为其佐证, 如红外 光谱法、核磁共振法、质谱等。
参考文献
[ 1 ] 王玮, 田京辉等,拉曼光谱分析盐酸曲马多的结构特征,Central South Pharmacy. October 2010, Vol.8 No.10中南药学,2010 ,10 ,8 (10) [ 2 ] 刘燕德,刘涛,孙旭东等,拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用, 光谱学与光谱分析,2010 ,11 ,30(11) [ 3 ] 龚,卢永凯,林素君,拉曼光谱技术在色谱分析检测中的应用,化学通 报,2010 ,8 [ 4 ] 刘军, 孙素琴,周群等,FT-Raman 光谱法无损鉴定药材的真伪,光谱学 与光谱分析,2002 ,6 ,22(3) [ 5 ] Lucia Burgio 1, Robin J.H. Clark *,Spectrochimica Acta Part A 57 (2001) 1491-1521 [ 6 ] 伍林, 欧阳兆辉, 曹淑超, 等. 拉曼光谱技术的应用及研究进展[ J ] . 光 散射学报, 2005, 117 (12) : 180-186. [ 7 ] 施玉珍, 陈志春, 林贤福. 拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展[ J] . 分析
四、拉曼光谱技术分类
随着拉曼光谱学、仪器学、激光技术的发展， 拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已 发展了多种不同的分析技术，如傅里叶拉曼光谱 （FT-Raman）、表面增强拉曼光谱（SERS）、 激光共振拉曼光谱（RRS）、共焦显微拉曼光谱 等。
五、共焦显微来自百度文库曼光谱的应用
• 1.有机化合物结构分析 1.1用拉曼光谱分析盐酸曲马多的结构特征 盐酸曲马多( tramadol hydro chlor ide) 是人工合 成的阿片受体的弱激动药。它是非麻醉性中枢镇痛药, 可 通过作用于去甲肾上腺素、5-羟色胺等单胺类神经递质缓 解疼痛, 两者起互补和协同作用。 此药具有镇痛作用强、持续时间长、毒副作用小、药 物依赖性低、滥用潜力小的特点，临床上可用于缓解各种 急、慢性中度至次重度疼痛, 对癌症和非癌症慢性疼痛都 有效, 近年来受到广泛关注, 是世界卫生组织三阶梯止疼 疗法中, 中度及以上止痛用药唯一的非麻醉性镇痛药。 盐酸曲马多的结构见图1。
傅立叶变换拉曼光谱仪(FT-Raman spectroscopy )
傅立叶变换拉曼光 谱主要有以下几个 部分组成：
激光光源→样品室 →相干滤波器 →(迈克尔逊)干涉 仪→检测器→数据 处理系统(进行傅 立叶变换)。
色散型激光拉曼光谱仪
• 色散型拉曼（MiniRam , i-Raman）通常采用 532nm（可见）、785nm（近红外）半导体激光 器，特别是785nm ，相比较于可见及紫外激光器， 极大克服荧光问题（不排除个别物质更适合于 1064nm 激光器激发）。 • 色散型激光拉曼光谱仪主要由以下几个部分组成： 激光光源→样品室→色散系统→检测器→数据处 理系统
图谱解析结果可知, 对称振动产生强的拉曼散射, 环状化合物的对称振动, 化合物中各键形成环状骨 架的同时伸缩振动, 具有最强的拉曼散射。 盐酸曲马多在2936.9 cm- 1处有超强拉曼峰; 在 993.82 cm- 1 , 2869.9 cm- 1 , 3023.9cm- 1, 3069. 4 cm1 , 有强拉曼峰; 在851.91 cm- 1 , 1088.4 cm- 1 , 1446cm- 1, 3311.5 cm- 1 出现的中等强度拉曼峰以及一些较弱的拉曼 峰可与其特征峰共同表征出盐酸曲马多的结构。 因此, 拉曼光谱能够反映出盐酸曲马多的分子结构 特征。
盐酸曲马多化学结构
1.1.1 拉曼光谱的测定条件：
固体激光器波长457.5 nm, 激光功率50 mW, 物镜 ×50, 目镜× 10, 分辨率1 cm-1, 扫描范围100 ~ 3 600cm-1, 扫描1 次。
Renishaw RM1000 型显微共焦激光拉曼光谱仪
1.1.2 样品的制备及测定：
六、展望
• 如今拉曼技术已广泛应用于生物工程、地质、医药、化工、 材料、生理、考古、环保等各个领域。它在癌症的早期诊 断方面也取得了很大的进展，但是在疾病的分子诊断方面 却只处于刚刚起步的阶段，在不久的将来随着光谱检测技 术的发展，它在癌症的早期诊断方面会有更大的进展。 • 随着激光技术的发展和检测技术的升级，拉曼光谱技术将 会越来越广泛地应用到各个领域，取得更大的科技新成就， 创造更多的经济价值。
Rayleigh散射
h(0 - )
h0 +
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.
Fig. 63. Copper chloride, λ 0=514.5 nm, 0.5 mW.
Fig. 52. Perspex, λ 0=1064 nm, 80 mW.
• 2.生物大分子的研究
• 由于水的拉曼光谱很弱，谱图简单，所以可以利用拉曼光 谱在接近自然状态下、活性状态下来研究生物大分子的结 构及其变化。 • 利用拉曼光谱可以得到关于蛋白质结构的很多信息。拉曼 光谱不但可以反映出蛋白质主链的骨架振动，而且可以反 映侧链结构中氨基酸的侧链构像、存在形式，以及当周围 环境的变化而引起的微变，另外还能得到关于蛋白质的二 级结构的信息。
RamanStation 400系列拉曼光谱仪
由美国PerkinElmer公司生产
运用中阶梯光栅及二维面阵CCD检 测器组合成的二维色散型拉曼光谱 仪，集中了宽波段，高分辨率及检 测速度快等特点，摒弃了传统的获 取高分辨率图谱所惯用的多次测量 不同谱带再进行拼接的方法，可在 一秒钟内获取覆盖整个波段的高分 辨率拉曼图谱； 分光系统：中阶梯光栅，不含任何 可移动元件，保证系统的高度稳定 性； 检测器：高灵敏度二维CCD，使得 整个波段的数据同时获取，避免了 光谱失真； 光源：785nm激光光源，减弱了荧 光背景的产生。
室温下, 取盐酸曲马多固体粉末少许, 用洁净 的载玻片将其压平, 置于显微镜载物台上, 调好 样品测试点, 使激光通过物镜聚焦到样品测试点 上进行测定, 结果见下图。
盐酸曲马多拉曼图谱
由图可知,
993.82cm-1 ( s) , 717.58cm-1 ( m ) ,1169.7 cm-1 ( m) 是 1, 3-二取代苯的特征峰。
• 傅立叶变换拉曼可以很好地用于常规分析，易于和 FT-IR 红外光谱仪联用，并且具有较高的光谱分辨率 和优良的波长准确度。在实验室等场合的科学研究 中对分辨率有较高的要求时是较好的选择。
• 色散型拉曼系统的优势在于在同一台仪器上既可进 行常规的分析，又具有进行科学研究的能力。有多 个激光波长，可以根据多种样品的具体情况以及散 射性质选择最优化方案，从而实现增强灵敏度、控 制穿透深度、抑制荧光等等。
傅里叶变换拉曼(fourier transform Raman,FT-Raman) 色散型拉曼(dispersive Raman,DISRaman) DIS-Raman和FT-Raman都采用滤光 片消除占优势的Rayleigh 散射的影 响，使更微弱的拉曼散射信号能被 检测到。
化学, 2005, 33 ( 2) : 272-276.
[ 8 ] 张向萍, 李淑卿. 盐酸曲马多镇痛作用的研究概况[ J ] . 现代中西医结 合杂志, 2005, 14 (14) : 1920-1922.
• 70 年代中期，激光拉曼探针的出现，给微区分析注入活 力。 • 80 年代以来，随着科学技术的飞速发展，激光拉曼光谱 仪在性能方面日臻完善。目前，拉曼光谱已广泛应用于材 料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。就 分析测试而言，拉曼光谱和红外光谱相配合可以更加全面 地研究分子的运动状态，提供更多的分子结构分析方面的 信息。
二、拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy Rayleigh散射： 激发虚态 弹性碰撞； E1 + h0 无能量交换，仅 E0 + h0 改变方向； h0 Raman散射： h0 h0 非弹性碰撞 E1 ；方向改变且有 V=1 E0 V=0 能量交换；
• 3.考古方面的研究
• 由于拉曼分析法具有非破坏性、携带方便、能进行原位分 析、空间分辨率高、光谱分辨率高、适用于大型不规则样 品等优点，用于考古方面。 • 研究人员使用拉曼光谱可以判断不同的织物和它们不同的 生产阶段。还可以鉴定古埃及的亚麻，13 世纪意大利的 陶瓷，中世纪的壁画，还可以用来研究美国印弟安人的艺 术品中的树脂。
拉曼光谱及其应用
拉曼光谱
• • • • • • 简介 基本原理 激光拉曼光谱仪 拉曼光谱技术分类 应用 展望
一、简介
• 拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928 年印度物理学家C. V. Raman 发现的。
• 30 年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段，此时的 拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源，物质产生的拉曼散射谱线 极其微弱，因此应用受到限制，尤其是红外光谱的出现， 使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。 • 至60 年代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的发 展给拉曼光谱带来新的转机。世界上各大仪器厂家相继推 出了激光拉曼光谱仪，此时拉曼光谱的应用领域不断拓宽。
在1466~1610 cm-1 的吸收峰与CH3 的剪式振动、扭 转振动、摇摆振动以及C-H 的变形有关。
2936.9 cm-1 ( vs) C-H 反对称伸缩振动和2866.9 cm1( s) C-H 对称伸缩振动能够证明环己烷在, 在851.91cm-1 ( s) C-N 对称伸缩振动能够证明叔胺基 团的存在。具体拉曼位移及归属见表1。
拉 曼 光 谱 仪 装 置 图
• 一台拉曼光谱仪主要做到两点： ①阻挡瑞利散射光和其他杂散光进入探测器； ②将拉曼散射光分散成各个频率，入射于探测器。
• 而对于拉曼光谱仪的一般要求是最大程度地探测 到来自试样的拉曼散射光，有较高的光谱分辨率 和转移精度，合适的光谱范围以及操作方便。
三、激光Raman光谱仪
1.1.3 拉曼光谱分析盐酸曲马多结构的优 缺点
•
优点：本实验主要为盐酸曲马多结构的定性分析, 所采 用的显微共焦拉曼激光拉曼光谱仪具有较高的水平方向的 空间分辨率,利用该仪器测定样品时, 无样品前处理, 而 且对样品外观和结构也无损伤。这也是比红外光谱测试更 优越的特点之一。 • 缺点：如果在定量分析时, 荧光会干扰拉曼图谱,影响 检测的灵敏度，此外，用拉曼光谱还不足以获得盐酸曲马 多全面的结构信息，需要用其他波谱法为其佐证, 如红外 光谱法、核磁共振法、质谱等。
参考文献
[ 1 ] 王玮, 田京辉等,拉曼光谱分析盐酸曲马多的结构特征,Central South Pharmacy. October 2010, Vol.8 No.10中南药学,2010 ,10 ,8 (10) [ 2 ] 刘燕德,刘涛,孙旭东等,拉曼光谱技术在食品质量安全检测中的应用, 光谱学与光谱分析,2010 ,11 ,30(11) [ 3 ] 龚,卢永凯,林素君,拉曼光谱技术在色谱分析检测中的应用,化学通 报,2010 ,8 [ 4 ] 刘军, 孙素琴,周群等,FT-Raman 光谱法无损鉴定药材的真伪,光谱学 与光谱分析,2002 ,6 ,22(3) [ 5 ] Lucia Burgio 1, Robin J.H. Clark *,Spectrochimica Acta Part A 57 (2001) 1491-1521 [ 6 ] 伍林, 欧阳兆辉, 曹淑超, 等. 拉曼光谱技术的应用及研究进展[ J ] . 光 散射学报, 2005, 117 (12) : 180-186. [ 7 ] 施玉珍, 陈志春, 林贤福. 拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展[ J] . 分析
四、拉曼光谱技术分类
随着拉曼光谱学、仪器学、激光技术的发展， 拉曼光谱技术作为一种成熟的光谱分析技术，已 发展了多种不同的分析技术，如傅里叶拉曼光谱 （FT-Raman）、表面增强拉曼光谱（SERS）、 激光共振拉曼光谱（RRS）、共焦显微拉曼光谱 等。
五、共焦显微来自百度文库曼光谱的应用
• 1.有机化合物结构分析 1.1用拉曼光谱分析盐酸曲马多的结构特征 盐酸曲马多( tramadol hydro chlor ide) 是人工合 成的阿片受体的弱激动药。它是非麻醉性中枢镇痛药, 可 通过作用于去甲肾上腺素、5-羟色胺等单胺类神经递质缓 解疼痛, 两者起互补和协同作用。 此药具有镇痛作用强、持续时间长、毒副作用小、药 物依赖性低、滥用潜力小的特点，临床上可用于缓解各种 急、慢性中度至次重度疼痛, 对癌症和非癌症慢性疼痛都 有效, 近年来受到广泛关注, 是世界卫生组织三阶梯止疼 疗法中, 中度及以上止痛用药唯一的非麻醉性镇痛药。 盐酸曲马多的结构见图1。
傅立叶变换拉曼光谱仪(FT-Raman spectroscopy )
傅立叶变换拉曼光 谱主要有以下几个 部分组成：
激光光源→样品室 →相干滤波器 →(迈克尔逊)干涉 仪→检测器→数据 处理系统(进行傅 立叶变换)。
色散型激光拉曼光谱仪
• 色散型拉曼（MiniRam , i-Raman）通常采用 532nm（可见）、785nm（近红外）半导体激光 器，特别是785nm ，相比较于可见及紫外激光器， 极大克服荧光问题（不排除个别物质更适合于 1064nm 激光器激发）。 • 色散型激光拉曼光谱仪主要由以下几个部分组成： 激光光源→样品室→色散系统→检测器→数据处 理系统
图谱解析结果可知, 对称振动产生强的拉曼散射, 环状化合物的对称振动, 化合物中各键形成环状骨 架的同时伸缩振动, 具有最强的拉曼散射。 盐酸曲马多在2936.9 cm- 1处有超强拉曼峰; 在 993.82 cm- 1 , 2869.9 cm- 1 , 3023.9cm- 1, 3069. 4 cm1 , 有强拉曼峰; 在851.91 cm- 1 , 1088.4 cm- 1 , 1446cm- 1, 3311.5 cm- 1 出现的中等强度拉曼峰以及一些较弱的拉曼 峰可与其特征峰共同表征出盐酸曲马多的结构。 因此, 拉曼光谱能够反映出盐酸曲马多的分子结构 特征。
盐酸曲马多化学结构
1.1.1 拉曼光谱的测定条件：
固体激光器波长457.5 nm, 激光功率50 mW, 物镜 ×50, 目镜× 10, 分辨率1 cm-1, 扫描范围100 ~ 3 600cm-1, 扫描1 次。
Renishaw RM1000 型显微共焦激光拉曼光谱仪
1.1.2 样品的制备及测定：
六、展望
• 如今拉曼技术已广泛应用于生物工程、地质、医药、化工、 材料、生理、考古、环保等各个领域。它在癌症的早期诊 断方面也取得了很大的进展，但是在疾病的分子诊断方面 却只处于刚刚起步的阶段，在不久的将来随着光谱检测技 术的发展，它在癌症的早期诊断方面会有更大的进展。 • 随着激光技术的发展和检测技术的升级，拉曼光谱技术将 会越来越广泛地应用到各个领域，取得更大的科技新成就， 创造更多的经济价值。
Rayleigh散射
h(0 - )
h0 +
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.
Fig. 63. Copper chloride, λ 0=514.5 nm, 0.5 mW.
Fig. 52. Perspex, λ 0=1064 nm, 80 mW.
• 2.生物大分子的研究
• 由于水的拉曼光谱很弱，谱图简单，所以可以利用拉曼光 谱在接近自然状态下、活性状态下来研究生物大分子的结 构及其变化。 • 利用拉曼光谱可以得到关于蛋白质结构的很多信息。拉曼 光谱不但可以反映出蛋白质主链的骨架振动，而且可以反 映侧链结构中氨基酸的侧链构像、存在形式，以及当周围 环境的变化而引起的微变，另外还能得到关于蛋白质的二 级结构的信息。
RamanStation 400系列拉曼光谱仪
由美国PerkinElmer公司生产
运用中阶梯光栅及二维面阵CCD检 测器组合成的二维色散型拉曼光谱 仪，集中了宽波段，高分辨率及检 测速度快等特点，摒弃了传统的获 取高分辨率图谱所惯用的多次测量 不同谱带再进行拼接的方法，可在 一秒钟内获取覆盖整个波段的高分 辨率拉曼图谱； 分光系统：中阶梯光栅，不含任何 可移动元件，保证系统的高度稳定 性； 检测器：高灵敏度二维CCD，使得 整个波段的数据同时获取，避免了 光谱失真； 光源：785nm激光光源，减弱了荧 光背景的产生。
室温下, 取盐酸曲马多固体粉末少许, 用洁净 的载玻片将其压平, 置于显微镜载物台上, 调好 样品测试点, 使激光通过物镜聚焦到样品测试点 上进行测定, 结果见下图。
盐酸曲马多拉曼图谱
由图可知,
993.82cm-1 ( s) , 717.58cm-1 ( m ) ,1169.7 cm-1 ( m) 是 1, 3-二取代苯的特征峰。
• 傅立叶变换拉曼可以很好地用于常规分析，易于和 FT-IR 红外光谱仪联用，并且具有较高的光谱分辨率 和优良的波长准确度。在实验室等场合的科学研究 中对分辨率有较高的要求时是较好的选择。
• 色散型拉曼系统的优势在于在同一台仪器上既可进 行常规的分析，又具有进行科学研究的能力。有多 个激光波长，可以根据多种样品的具体情况以及散 射性质选择最优化方案，从而实现增强灵敏度、控 制穿透深度、抑制荧光等等。