拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究
拉曼光谱分析实验报告
拉曼光谱分析实验报告
拉曼光谱分析实验报告
拉曼光谱分析实验用于研究物体的键合性能，这是一种非常有用的工具，可用于检测物体的状态，它可以很好地鉴定有机化合物的结构和物性特性。
本次实验准备了两种生物样品，绿原酸和白芍甙，使用红外拉曼技术将样品逐渐加热，以观察拉曼光谱变化。
拉曼光谱分析得出，绿原酸和白芍甙的吸收峰位置几乎完全一致，均发生在沸点，拉曼光谱的强度与激素的温度成反比，表明其结构稳定性高。
此外，这一实验还发现，绿原酸在加热后发生了结构变化，其吸收峰位置比白芍甙低。
结论：绿原酸和白芍甙的拉曼光谱表明其结构稳定性高，绿原酸在加热后发生结构变化，其吸收峰位置比白芍甙低。
因此，拉曼光谱分析实验是一种非常有用的工具，它可以很好地鉴定有机物结构和特性，并帮助我们了解化合物的键合性性能。
拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究
物理 与工 程
Ｖｏ． ７ Ｎｏ ２ ２ ０ １１ ． ０ ７
大 学 生 困 地
拉 曼 光 谱 实 验 方 法 及 谱 分 析 方 法 的 研 究
师 振 宇 黄 山 方 茎 。
霍剑 青 指 导教 师 ） （ （ 中国科 学技 术大 学近 代 物理 系 ；中国科 学技 术大 学少年 班 ； 。 。 中国科 学技术 大 学物理 系； 中国科 学技 术大 学理 学 院）
图 １ 拉 曼 光 谱基 本 结 构 示 意 图
从入 射光 子 吸 收部 分 能 量 ， 把 自身 的 能 量 加 到 或 入 射光 子身 上 去 ， 发 射 的光 子便 与 原 光 子 不 相 再
本 文采 用天 津港 东 的 Ｌ 一 Ⅲ激 光 拉 曼光 谱 ＲＳ
仪， 以倍 频 ＹＶＯ。 Ｎｄ激 光 为 光 源 ， 源 波 长 为 ： 光
验 ． 验 中 由于 拉 曼 散 射 光 强 弱 和 噪 声 干 扰 等 原 实 因， 往往 无 法获 得完 整 的谱 图 ， 因此 无 法 对 其 进行
分 析． 本文 以大 学物 理 实验 中 常用 的 四氯 化碳 、 苯
样 品 中较 高能 态 的作用 ， 玻 耳兹 曼 分 布 率 ， 按 其数 甚 少 ， 相 应 强 度 也 大 减 ， 到 斯 托 克 斯 线 的 故 不 １ １． ／ ０ 在较 窄 的谱 段 上 有 强 度 比如 此 悬 殊 的谱 线 同 时出现 ， 因此 ， 何获得 清 晰 的信 号 较 弱 的 拉曼 如
关键 词 拉 曼 光谱 ； 实验 方 法 ； 数据 处 理 ； 去噪处 理 干， 从而 形成 新 的谱结 构． 当光 子 与 分子 发 生 弹 性
Ｏ 引 言
．
碰撞 时 ， 子 与 分 子 之 间 没 有 能 量 交 换 ， 时 ， 光 此 散
拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究
物理与工程 Vol.17 No.2 2007拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究师振宇1 黄 山2 方 堃3霍剑青4(指导教师)(1中国科学技术大学近代物理系;2中国科学技术大学少年班;3中国科学技术大学物理系;4中国科学技术大学理学院)(收稿日期2006211230)摘 要 本文提出了振动拉曼光谱的实验方法和谱图数据处理方法,并应用于四氯化碳、苯等样品的拉曼光谱的获得和谱分析中.实验结果与通过Gaussian 计算软件计算的理论结果相吻合.结果表明,本文提出的方法能有效地获得信号较弱和在较窄的谱段上谱线强度比相差悬殊的拉曼振动散射谱,并对其进行谱分析.关键词 拉曼光谱;实验方法;数据处理;去噪处理 引言拉曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱,入射光是强单色光,散射光除含有频率未变的光(称瑞利散射)外,还含有相当弱的有频率增减的光,其中带有散射体结构和状态的信息.在凝聚态物理学中,拉曼光谱是取得结构和状态信息的重要手段,因此拉曼光谱在科学研究和国民经济各领域得到广泛的应用.拉曼光谱[1]也是大学物理实验中的重要实验.实验中由于拉曼散射光强弱和噪声干扰等原因,往往无法获得完整的谱图,因此无法对其进行分析.本文以大学物理实验中常用的四氯化碳、苯等样品为例,运用L RS 2III 激光拉曼光谱仪研究了拉曼光谱实验方法和对谱图数据变换后的谱分析方法,并应用Gaussian 软件[3]对四氯化碳、苯等样品的谱图进行了理论分析.结果表明,实验数据与理论值吻合. 实验原理和实验方法拉曼散射[1]是光和物质相互作用引起的,在光子和散射物质分子的碰撞过程中,散射物质会从入射光子吸收部分能量,或把自身的能量加到入射光子身上去,再发射的光子便与原光子不相干,从而形成新的谱结构.当光子与分子发生弹性碰撞时,光子与分子之间没有能量交换,此时,散射光与入射光频率相同,这种频率未变的谱线叫做瑞利线.当光子与分子发生非弹性碰撞时,光子改变了能量和运动方向,使散射光频率ν与入射光频率ν0不同,ν<ν0的谱线称斯托克斯线;ν>ν0的谱线称为反斯托克斯线.三种谱线的频率各为ν0、ν0+Δν、ν0-Δν,而有用的信息就包含在Δν的数值及其强度、偏振等参量中.瑞利线的强度约为入射光强的10-3量级,较强的斯托克斯线的强度则不到入射光的10-6量级;反斯托克斯线起因于样品中较高能态的作用,按玻耳兹曼分布率,其数甚少,故相应强度也大减,不到斯托克斯线的1/10.在较窄的谱段上有强度比如此悬殊的谱线同时出现,因此,如何获得清晰的信号较弱的拉曼散射谱是拉曼光谱技术和实验方法的关键.为获得信号较弱的拉曼散射谱,通常拉曼光谱仪的基本结构如图1所示.图1 拉曼光谱基本结构示意图本文采用天津港东的L RS —Ⅲ激光拉曼光谱仪,以倍频YVO 3:Nd 激光为光源,光源波长为物理与工程 Vol.17 No.2 2007532.0nm.采用光电倍增管作为拉曼光谱的单通道接受器件,单光子计数器进行信号处理,并应用计算机对谱仪运行进行自动控制、自动信号采集和加工处理.拉曼散射是一种极微弱的光,其强度小于入射光强的10-6,比光电倍增管本身的热噪声水平还要低.当弱光照射到光阴极时,每个入射光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一个电子.这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个电流脉冲,通过负载电阻形成一个电压脉冲,这个脉冲称为单光子脉冲.除光电子脉冲外,还有各倍增极的热发射电子在阳极回路中形成的热发射噪声脉冲.热电子受倍增的次数比光电子少,因而它在阳极上形成的脉冲幅度较低.此外还有光阴极的热发射形成的脉冲.噪声脉冲和光电子脉冲的幅度的分布如图2所示.拉曼散射形成的光电子脉冲和光电倍增管的热噪声脉冲在脉冲幅度和分布上都不相同,利用脉冲幅度甄别器把幅度低于V h 的脉冲抑制掉.只让幅度高于V h 的脉冲通过就能实现单光子计数.图2 光电倍增管输出脉冲分布 实验获取谱图及数据处理(1)阈值的选取谱图质量灵敏性依赖于甄别电平(阈值)的选取.如果选择过小则脉冲幅度甄别器无法排除噪声脉冲的干扰,拉曼散射峰将被淹没于噪声之中;而如果选择阈值过大,拉曼散射信号将减弱或被误认为噪声从而被排除.本实验采用的光电倍增管输出脉冲分布图中V h =21V.图3为实验中分别取阈值19V 、21V 、24V 时获得的拉曼光谱图.其中19V 、21V 、24V 分别对应图3中的a 、b 、c .由图3可知,当阈值选取为21V 时,获得的谱图效果最佳.图3 选取不同阈值时的拉曼光谱(2)分段获取强度相差悬殊的谱线在苯的拉曼光谱的实验中,由于斯托克斯线和反斯托克斯线的强度相差过大,在相同的实验参数下,常常无法同时获得清晰和对比明显的斯托克斯和反斯托克斯谱线.实验中可采用选取不同的实验参数分段获取的方法,适当延长反斯托克斯线的扫描积分时间,以增大其强度,然后针对不同的区域选择合适的纵坐标以计数率最大值,使得拉曼光谱图中斯托克斯线和反斯托克斯线各个峰值都比较明显.图4 苯的拉曼光谱图实验中采用苯样品,对斯托克斯线和反斯托克斯线采用相同的扫描积分时间和不同的扫描积分时间分别测试,获得谱图4和图5.图4中的物理与工程 Vol.17 No.2 2007(a 1)、(b 1)分别为在同等条件下测得的斯托克斯线和反斯托克斯线,图5中的(a 2)为原积分时间并且调整纵坐标分度值之后的斯托克斯线;(b 2)为延长积分时间并且调整纵坐标分度值之后的反斯托克斯线.图5 分段获取的苯的拉曼光谱图(3)数据处理为使谱图数据的可比较性更强,对谱图数据的纵坐标进行了取以10为底的对数的处理,图6中的(a )、(b )分别为取对数前和取对数后的谱图.显然取对数后反斯托克斯线更突显,拉曼光谱图关于瑞利线的对称性也更加显著. 理论计算与实验结果对比用Gaussian 计算软件[3]采用闭壳层Hartree 2Fock [2]方法,使用62311G (d )基组,对苯和四氯化碳进行优化及振动计算.由于Gaussian 计算软件中使用的是气态分子的模型.而实验中采用的是液态样品,因此在拉曼光谱强度计算上会产生一些差异.但是由于实验所采用的样品都为非极性分子,分子之间不存在氢键等强相互作用,可认为是近独立体系,其本征振动频率在实验范围内并不会因为液态而产生明显变化,因此可以采用Gaussian 软件的计算结果对其拉曼振动的本征频率进行标定和检验.四氯化碳计算的结果为表1所示.(a )纵坐标取对数前的谱图(b )纵坐标取对数后的谱图图6 取对数前、后的拉曼光谱图表 1频率/cm -1224.0254224.2814326.6016拉曼强度/A 4/AMU 0.00800.01910.0001频率/cm -1326.8714326.9296486.1319拉曼强度/A 4/AMU 0.01450.00910.0034频率/cm -1794.5165795.2350795.9851拉曼强度/A 4/AMU0.00140.00160.0016 表中四氯化碳有9种振动方式,可以分为4类振动模式对应着4种分子振动能量,它们对应的振动频率分别为频率/cm -1224.0254326.6016486.1319794.5165 用本文阐述的实验方法获得的四氯化碳拉曼光谱图与理论计算谱图的比较如图7所示,图中(a )、(b )分别为实验光谱图和理论计算谱图.物理与工程 Vol.17 No.2 2007图7 四氯化碳的实验与理论计算拉曼光谱对比用上述同样的方法计算,苯总共有30种振动本征模式,其本征频率和强度如表2所示.表 2频率/cm -1413.0431413.7654624.2749拉曼强度/A 4/AMU 0.00020.00240.0002频率/cm -1624.4754684.6204722.0719拉曼强度/A 4/AMU 0.00020.00010.0014频率/cm -1855.4477856.9458962.4292拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00070.0001频率/cm -1963.44811003.56541013.9302拉曼强度/A 4/AMU 0.00100.00030.0001频率/cm -11026.55491061.13551061.2813拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00010.0001频率/cm -11178.73861200.89281201.0539拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00020.0004频率/cm -11338.26411387.39071519.9150拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00070.0001频率/cm -11520.20091642.31191642.4148拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00010.0002频率/cm -13154.25543163.65023164.2866拉曼强度/A 4/AMU 0.00040.00030.0012频率/cm -13180.20023180.75713191.6642拉曼强度/A 4/AMU0.00070.00070.0004 由于振动频率存在简并,实际仅存在有20个不同的振动频率,它们的数值为表3所示: 表 3频率/cm -1413.0431624.2749684.6204722.0719856.9458频率/cm -1962.42921003.56541013.93021026.55491061.1355频率/cm -11178.73861200.89281338.26411387.39071519.9150频率/cm -11642.31193154.25543163.65023180.20023191.6642 实验中测得的拉曼光谱谱带远少于理论值,其原因除相等能量简并外,还由于仪器的限制,使谱带强度过弱,吸收带超出仪器测试范围;仪器分辨率有限,以至于能量相近的吸收带无法分开等.实验中测得的苯拉曼光谱和相应的理论计算光谱图如图8所示.其中(a )为实验谱图,(b )为理论计算谱图.图8 苯实验与理论计算拉曼光谱图对比由于H F 方法忽略电子相关效应,所测得的频率结果有系统误差,大约在10%～12%.一般对于HF 方法,采用计算的频率乘以矫正因子0.9613,从而与实验值吻合.通过理论计算谱图和实验谱图对比,可以看出实验拉曼光谱谱线频率的数据能够和理论值较好地吻合,从而证明了本文阐述的实验方法和谱数据处理方法的可行性. 结论本文以四氯化碳和苯样品为例,采用脉冲幅度甄别器阈值的选取方法,分段获取强度相差悬殊谱线的方法以及对数处理数据等方法得到了强物理与工程 Vol.17 No.2 2007度对比较为明显的拉曼光谱图,并且采用Gaussian计算软件对样品的拉曼光谱图进行了理论计算.结果表明,实验数据同理论值吻合,从而证明了本文所用实验方法和谱图数据处理方法的正确性和可行性.该方法在拉曼光谱的获得及其谱分析中将有广泛的应用和参考价值.参 考 文 献[1] 轩植华,霍剑青,姚坤等.大学物理实验 第四册.北京:高等教育出版社2006.6:50～59[2] M.J.Frisch,Y.Yamaguchi,H. F.Schaefer,III and J.S.Binkley.Analytic Calculation of Raman Intensities for Closed2Shell Wavefunctions.J.Chem.Phys.,1986, 84,531[3] Gaussian03User’s Reference∂leen Frisch Michael J.Frisch Gary W.Trucks(上接第59页)参 考 文 献[1] 王长春.从能量的角度讨论两体碰撞问题.大学物理,2005,24(9):18～19[2] 程守洙,江之永.普通物理学(第4版) 第一册.北京:高等教育出版社,1982.105[3] 孙安媛,黄沛天.也谈完全非弹性碰撞和恢复系数.大学物理,2001,20(3):9～11[4] 黄沛天,马善钧.跟踪碰撞的图形描述.大学物理,2005,24(4):8～10征登广告本刊承办刊登关于教学仪器、高新技术产品和新书出版等广告,欢迎有关公司、厂家及各界人士与我刊联系,商洽广告业务,我们一定信守合同,并以优惠价格收取费用.联系办法详见封四.。
拉曼光谱 实验报告
拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验报告引言：拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它可以通过测量样品散射光的频率变化来获得样品的结构和化学成分信息。
本实验旨在通过拉曼光谱仪对不同样品进行测量，探索其在分析和研究中的应用。
实验方法：1. 实验仪器：本实验使用的拉曼光谱仪为XXXX型号，工作波长范围为XXXX。
2. 样品准备：选取不同种类的样品，包括有机物和无机物，如苯、甲苯、硫酸铜等。
将样品制成均匀的固体样品或溶液。
3. 实验步骤：将样品放置在拉曼光谱仪的样品台上，调整仪器参数，如激光功率、激光波长等。
进行拉曼光谱扫描，并记录光谱数据。
实验结果与分析：1. 苯的拉曼光谱：对苯样品进行拉曼光谱扫描，观察到苯分子的振动模式对应的峰位。
根据拉曼光谱图，可以确定苯的分子结构和键的振动情况，进而推断出苯的化学成分。
2. 甲苯的拉曼光谱：同样地，对甲苯样品进行拉曼光谱扫描，观察到甲苯分子的振动峰位。
通过对比苯和甲苯的拉曼光谱图，可以发现它们的振动模式有所不同，这可以用于区分不同的有机化合物。
3. 硫酸铜的拉曼光谱：将硫酸铜样品进行拉曼光谱测量，可以观察到与硫酸铜晶格振动相关的峰位。
通过分析光谱图，可以了解硫酸铜的晶体结构和相应的振动模式，这对于研究材料的物理性质和化学反应机理非常重要。
实验应用：1. 化学分析：拉曼光谱可以用于化学物质的定性和定量分析。
通过测量样品的拉曼光谱，可以快速确定样品的化学成分和结构信息，为化学分析提供重要的依据。
2. 材料研究：拉曼光谱可以用于材料的表征和研究。
通过测量材料的拉曼光谱，可以了解材料的晶体结构、晶格振动模式等信息，为材料的设计和改进提供指导。
3. 药物研究：拉曼光谱可以用于药物的分析和研究。
通过测量药物的拉曼光谱，可以确定药物的分子结构和化学成分，为药物的研发和质量控制提供重要的依据。
结论：本实验通过拉曼光谱仪对不同样品进行测量，探索了拉曼光谱在分析和研究中的应用。
拉曼光谱可以用于化学分析、材料研究和药物研究等领域，具有广泛的应用前景。
拉曼光谱解析教程
拉曼光谱解析教程拉曼光谱是一种非常有效的光谱分析技术，可用于分析分子和材料的结构、组成和状态。
以下是拉曼光谱解析的教程：1. 原理：拉曼效应是指分子或材料在受激光照射时，部分光子与分子或晶体格子内原子发生相互作用，导致光的散射现象。
拉曼光谱通过测量样品散射光的频率差异，从而提供有关样品成分、结构和状态的信息。
2. 实验设备：进行拉曼光谱分析需要一台拉曼光谱仪，通常包括一个激光器、一个样品台、一个光学系统和一个光学探测器。
激光器会产生单色的激光光束，样品台用于支撑和定位待测样品，光学系统用于收集和分析散射光，光学探测器将光信号转换成电信号。
3. 样品准备：将待测样品放置在样品台上，确保样品表面光洁，没有表面污染或杂质。
拉曼光谱可以对几乎所有类型的样品进行分析，包括液体、固体和气体。
4. 数据采集：使用拉曼光谱仪进行光谱采集，通过调整激光功率、扫描范围和积分时间等参数进行实验优化。
通常会采集多个波数点的拉曼光谱数据，越多的数据点可以提供更多信息，但也需要更长的采集时间。
5. 数据分析：通过对采集到的拉曼光谱数据进行分析，可以获得样品的结构、组成和状态信息。
常见的数据处理方法包括光谱峰拟合、数据平滑和峰位校准等。
6. 数据解释：根据拉曼光谱的特征峰位和峰形，结合已知的拉曼光谱库，可以对样品进行定性和定量分析。
可以通过比较待测样品和标准品的拉曼光谱，或者使用化学计量学方法进行定量分析。
7. 应用领域：拉曼光谱广泛应用于材料科学、生物医学、环境监测和药物研发等领域。
例如，可以用于分析化学反应中的中间产物和催化剂，检测食品和药品中的污染物，研究生物分子的结构和功能等。
希望以上的教程可以帮助您了解拉曼光谱解析的基本知识和步骤。
开展拉曼光谱实验前，请确保已熟悉仪器的操作和数据处理方法，以获得可靠的结果。
仪器分析实验------拉曼光谱法
拉曼光谱法建立谷物指纹图谱一. 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、测量一些常规物质和复杂样品的拉曼光谱。
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011λλν-=∆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三. 实验仪器和试剂1. 显微共焦激光拉曼光谱仪 Renishaw inVia （英国雷尼绍公司）2. 粉碎机、载玻片、盖玻片、胶头滴管 显微镜 样品狭缝光栅扩束器3. 测试样品常规物质：CCl4，CH2Cl2复杂样品：不同淀粉类作物自备样品：不同材料的小挂件四. 实验步骤1. 打开主机和计算机电源，同时打开激光器后面的总电源开关，将仪器预热20分钟左右。
2. 自检.静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为in。
使用硅片，用50 倍物镜，1 秒曝光时间，100%激光功率取谱。
使用曲线拟合（Curve fit）命令检查峰位，检验仪器状态。
3．样品拉曼光谱的测定将样品放置在载玻片上,盖上盖玻片，置于显微镜的载物台上，调节显微镜载物台的高度使得显微镜能够清晰地观察到样品表面（上2，下1）。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告本文的主题是关于拉曼光谱实验的报告。
拉曼光谱是一种非常有用的分析工具，它能够测量物质中分子的振动模式，这对于化学、物理和生物学等领域的研究都非常重要。
在本次实验中，我们使用了拉曼光谱仪来测量几种不同的物质的光谱数据。
我们首先对样品进行了准备，然后将它们放入光谱仪中。
在测量光谱之前，我们还对仪器进行了一些预备工作，例如校准等。
我们选择了几个样品，包括苯乙烯、氯代苯、苯乙酮和正十八烷等，这些样品的分子结构非常不同。
通过对这些样品的拉曼光谱数据的比较和分析，我们可以了解不同样品的分子结构、振动模式和化学键等方面的信息。
对于苯乙烯这个样品，我们得到的拉曼光谱图形中，有一个峰出现在1500 cm^-1附近，这个峰是有机化合物中芳香环的代表性拉曼光谱峰。
此外，苯环C-C键和C-H键的振动也会导致光谱中的拉曼峰。
通过比较苯乙烯的光谱数据和其他样品的数据，我们可以了解分子结构中不同的部分对于拉曼光谱的影响。
在氯代苯的光谱图形中，我们也可以看到一个代表性的拉曼峰，这个峰出现在700 cm^-1的位置，是引入卤素基团后C-Cl化学键的振动导致的。
同样，我们还可以看到苯环C-H键的拉曼峰。
苯乙酮和正十八烷这两个样品的拉曼光谱图形则是比较简单的，因为它们的结构相对简单。
在苯乙酮的光谱图形中，我们可以看到两个比较明显的峰，出现在1700和1500 cm^-1的位置，这是代表了酮基的C=O化学键的振动以及苯环的振动。
正十八烷的光谱图形则相对较为平坦，因为它是一种烷烃，仅有一些C-H化学键的振动能够导致轻微的光谱峰。
通过对各个样品的拉曼光谱数据的比较和分析，我们可以了解它们的分子结构、振动模式和化学键等信息，这对于科学研究中认识物质的性质和结构是非常有用的。
在本次实验中，我们还探究了一些可能存在的实验误差和改进方法。
例如，有些样品在测量时可能会产生较大的噪音或光谱瑕疵，这可能与样品制备不完全或仪器的灵敏度等因素有关。
拉曼光谱实验报告
理实验实验报告实验项目：拉曼光谱实验地点：班级：姓名：座号：实验时间：年月日一、实验目的：1、 了解拉曼散射的基本原理2、 学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。
二、实验仪器和用具：RBD 型激光拉曼光谱仪三、实验原理：按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为瑞利散射、布利源散射、拉曼散射；其中瑞利散射最强，拉曼散射最弱。
在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。
在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。
在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值12E E E ∆=-，当光量子把一部分能量交给分子时，频率较低的光为斯托克斯线，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-∆；光量子从较大的频率散射，称为反斯托克斯线，这时的光量子的频率为0ννν'=+∆。
最简单的拉曼光谱如图2所示，中央的是瑞利散射线，频率为0ν，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，强度比瑞利线的强度弱很多；高频的一侧是反斯托克斯线，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。
斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为0νν±∆，ν∆称为拉曼频移。
为尽可能地考虑增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光，提高仪器的信噪比。
拉曼光谱仪一般由图3所示的五个部分构成。
拉曼实验报告
拉曼实验报告一、实验目的了解拉曼测试的原理，掌握一些相关的拉曼信息。
能看懂拉曼的基本信息图，会解一些基本的拉曼图。
二、实验原理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，大部分的光会暗原来的发现透射，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1、激光拉曼光谱的原理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和短的成分，通称为拉曼效应。
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投射，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，还有一些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及有关，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。
2、拉曼光谱原理（1）光的散射入射光通过样品后，除了被吸收的光之外，大部分沿入射方向穿过样品，一小部分光则改变方向，发生散射。
一部分散射光的波长与入射光波长相同，这种散射称为瑞利散射。
（2）拉曼散射的产生机械力学的解释光由光子组成，这是光的微粒性。
光子与样品分子间的相互作用，可以用光子与样品分子之间的碰撞来解释。
光照射样品时，光子和样品分子之间发生碰撞。
拉曼光谱技术的应用及其实验方法
拉曼光谱技术的应用及其实验方法拉曼光谱技术是一种非常重要的分析方法，被广泛应用于材料科学、生物化学、环境科学、药物研究等领域。
本文将介绍拉曼光谱技术的基本原理、应用及其实验方法。
一、拉曼光谱技术的基本原理拉曼光谱技术是一种非常重要的分析方法，其原理是通过激发样品中的原子、分子等物质产生震动，这些震动会散射出一个比入射光子的能量低的光子，即拉曼散射光。
拉曼散射光中的能量差，就是样品的震动特性，也就是样品的拉曼光谱特性。
测量得到的拉曼光谱特性可以通过比对参照样品或文献中的数据进行分析，从而得到样品的组成、结构等信息。
因此，拉曼光谱技术可以用于分析物质的结构、组成、变化等方面，是一种非常强大的分析方法。
二、拉曼光谱技术的应用1、材料科学在材料科学研究中，拉曼光谱技术被广泛应用于固体材料的分析和表征。
例如，拉曼光谱技术可以用于分析和表征纳米材料、碳材料、化合物材料、半导体材料等。
通过测量样品的拉曼光谱特性，可以得到其化学组成、晶体结构、晶格振动等信息，从而进一步了解材料的特性和性能。
2、生物化学在生物化学研究中，拉曼光谱技术可以用于分析和表征生物大分子、细胞、微生物等。
例如，拉曼光谱技术可以用于研究蛋白质、核酸、多糖等大分子的结构和构象变化，从而了解生物分子的功能和作用机制。
此外，拉曼光谱技术还可以用于检测和鉴定微生物等生物体，从而得到更精确的病原菌、药物抗性等信息。
3、环境科学在环境科学研究中，拉曼光谱技术可以用于分析和监测大气、水体、土壤等环境中的污染物。
例如，拉曼光谱技术可以用于检测大气中的有机污染物、水体中的微塑料、土壤中的重金属等物质，从而发现环境污染问题并采取相应的措施。
4、药物研究在药物研究中，拉曼光谱技术被广泛应用于药物分析和表征。
例如，拉曼光谱技术可以用于检测药物中的成分、控制药物的质量等。
此外，拉曼光谱技术还可以用于研究药物和药物分子与生物体的相互作用，从而优化药物设计和治疗方案。
三、拉曼光谱技术的实验方法拉曼光谱技术实验一般包括样品制备、样品测量和数据分析三个部分。
拉曼光谱分析实验报告
拉曼光谱分析实验报告引言拉曼光谱分析是一种非侵入性的光谱分析技术，可用于物质的结构分析、化学性质表征等领域。
本实验旨在通过拉曼光谱仪对不同样品进行测试，探究拉曼光谱分析的基本原理和应用。
实验材料和设备•拉曼光谱仪：用于测量和记录拉曼光谱•样品：选择不同类型的样品，如有机物、无机物等•液氮：用于冷却拉曼光谱仪实验步骤1.准备样品：选择所需的不同类型的样品，并制备成适合拉曼光谱分析的形式，如固体、液体或气体。
2.打开拉曼光谱仪：确保拉曼光谱仪已连接电源，并打开仪器。
3.校准：根据拉曼光谱仪的使用说明书，进行仪器的校准步骤，以确保测量结果的准确性。
4.设置实验参数：根据样品的性质和实验需求，设置拉曼光谱仪的参数，如激光功率、积分时间等。
5.冷却拉曼光谱仪：对于某些样品，特别是液体样品，可能需要使用液氮冷却拉曼光谱仪，以避免样品的热解或挥发。
6.放置样品：将样品放置在拉曼光谱仪的样品台上，并确保样品与激光光束对准。
7.开始测量：点击拉曼光谱仪软件中的“开始测量”按钮，开始记录拉曼光谱。
8.记录数据：拉曼光谱仪会自动记录和保存测量数据，包括波数和对应的强度值。
9.分析数据：使用适当的软件或方法，对测量得到的拉曼光谱数据进行分析，如峰值识别、谱图对比等。
10.结果和讨论：根据实验数据和分析结果，结合样品的性质和实验目的，得出相应的结论和讨论。
结论通过本实验，我们成功地使用拉曼光谱仪对不同类型的样品进行了分析和测试。
拉曼光谱分析技术具有非破坏性、高灵敏度和高分辨率等优点，在材料科学、化学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
通过进一步的研究和实验，我们可以深入了解拉曼光谱分析的原理和方法，并应用于更广泛的实验和研究中。
参考文献(这部分需要依据实际参考文献情况进行填写)注意：为了保证实验的准确性和安全性，请在进行实验前详细阅读拉曼光谱仪的使用说明书，并遵循实验室安全规范。
拉曼光谱拉曼光谱分析
引言概述：拉曼光谱是一种非侵入性的光谱分析技术，可以用来研究物质的化学成分、结构和分子间相互作用等信息。
通过测量样品与激发光相互作用后反散射光的频移，可以得到样品的拉曼光谱图谱。
拉曼光谱具有快速、灵敏和无需样品处理等优势，因此在化学、材料科学、生物医学和环境科学等领域被广泛应用。
正文内容：一、理论基础1. 拉曼散射原理：介绍拉曼光谱的基本原理，包括应力引起的拉曼散射和分子振动引起的拉曼散射。
2. 基本理论模型：介绍拉曼光谱的基本理论模型，包括简谐振动模型和谐振子模型等。
二、仪器设备1. 激发光源：介绍常用的激发光源，如激光器和光纤激光器等，以及它们的特点和选择。
2. 光谱仪：介绍常用的拉曼光谱仪，包括激光外差光谱仪和光纤光谱仪等，以及它们的原理和优缺点。
3. 采样系统：介绍拉曼光谱的采样系统，包括反射式、透射式和光纤探头等，以及它们的适用范围和操作注意事项。
三、数据处理与分析1. 光谱预处理：介绍光谱预处理的方法，包括光谱平滑、噪声抑制和基线校正等，以提高数据质量和减少干扰。
2. 谱图解析：介绍拉曼光谱谱图的解析方法，包括峰拟合、峰识别和谱图比较等，以确定样品的化学成分和结构信息。
3. 定量分析：介绍拉曼光谱的定量分析方法，包括多元线性回归和主成分分析等，以快速准确地测量样品的含量和浓度。
四、应用领域1. 化学分析：介绍拉曼光谱在化学分析中的应用，包括有机物和无机物的定性和定量分析，以及催化剂和原位反应研究等。
2. 材料科学：介绍拉曼光谱在材料科学中的应用，包括纳米材料、多晶材料和聚合物等的表征和结构分析。
3. 生物医学：介绍拉曼光谱在生物医学中的应用，包括体液中代谢产物和蛋白质的检测，以及癌症和药物代谢研究等。
4. 环境科学：介绍拉曼光谱在环境科学中的应用，包括土壤和水体中有机物和无机物的检测，以及大气污染和环境污染物的监测等。
五、发展前景与挑战1. 发展前景：介绍拉曼光谱在未来的发展前景，包括高灵敏度和高分辨率的光谱仪、纳米尺度的光学探针和超快激光技术等。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告一、实验目的：通过拉曼光谱实验，了解拉曼效应的原理和应用，并掌握拉曼光谱的实验方法和数据处理。
二、实验原理：拉曼效应是一种光与物质相互作用的效应，由散射光的频率发生变化而引起。
当光经过样品散射后，部分光子的频率发生改变，发生频移的光子称为拉曼散射光。
拉曼散射光可以分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射。
斯托克斯散射是指光子的频率减小，能量减小，反斯托克斯散射则相反。
三、实验仪器和材料：1.激光器2.拉曼光谱仪3.样品四、实验步骤：1.将样品放置在拉曼光谱仪样品台上，并调整相应参数。
2.打开激光器，调节激光器到适当的功率。
3.打开光谱仪，选择所需的波长范围，并确定激发光。
4.开始采集拉曼光谱数据，记录下实验数据。
五、实验结果和分析：通过实验，我们得到了一些拉曼光谱数据。
根据斯托克斯散射和反斯托克斯散射的原理，我们可以观察到散射光的频率发生变化。
根据拉曼光谱的峰位和峰强，可以进一步分析样品的分子结构和成分。
六、实验结论：通过拉曼光谱实验，我们可以观察到样品的拉曼散射光，进而分析样品的分子结构和成分。
拉曼光谱技术在材料科学、化学分析等领域有着广泛的应用。
本次实验使我们对拉曼效应的原理和应用有了更深入的了解，并掌握了拉曼光谱实验的方法和数据处理技巧。
七、实验心得：本次实验中，我们首先了解了拉曼效应的基本原理，并通过实验验证了拉曼效应的存在。
在实验中，激光器的功率调节是一个重要的环节，过高或过低的功率都会对实验结果产生影响。
此外，选择适当的波长范围和光谱仪的参数设置也是非常关键的。
在数据处理过程中，需要对拉曼光谱进行峰位和峰强的分析，以得到更准确的结论。
综上所述，本次拉曼光谱实验使我对拉曼效应有了更深入的认识，同时也掌握了拉曼光谱实验的方法和数据处理技巧。
这对我的科研和实验能力的提升有着积极的意义。
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。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验报告引言拉曼光谱是一种非常重要的分析技术，它通过测量样品散射光的频移来提供关于分子结构和化学键信息。
本实验旨在通过拉曼光谱仪对几种常见物质进行分析，探索其分子结构和化学键的性质。
实验方法在本实验中，我们使用了一台高分辨率的拉曼光谱仪。
首先，我们准备了一系列样品，包括液态和固态物质。
然后，将样品放置在光谱仪的样品台上，并调整仪器参数以获得最佳的信号强度和分辨率。
接下来，我们使用激光器照射样品，并记录散射光的频移。
结果与讨论1. 液态样品我们首先对几种液态样品进行了拉曼光谱分析，包括水、乙醇和甲醇。
在水的拉曼光谱中，我们观察到了两个明显的峰，分别对应于O-H键的拉伸振动和弯曲振动。
乙醇和甲醇的拉曼光谱也显示出了类似的特征，但由于它们的分子结构不同，峰的位置和强度也有所不同。
2. 固态样品我们接下来对几种固态样品进行了拉曼光谱分析，包括红磷、二氧化硅和钙钛矿。
在红磷的拉曼光谱中，我们观察到了几个峰，这些峰对应于红磷晶格中的振动模式。
二氧化硅的拉曼光谱显示出了特征性的峰，这些峰对应于硅氧键的振动。
钙钛矿是一种具有复杂结构的材料，其拉曼光谱显示出了多个峰，这些峰对应于晶格振动和化学键的振动。
3. 分子结构分析通过对样品的拉曼光谱进行分析，我们可以获得有关分子结构和化学键的重要信息。
例如，在水的拉曼光谱中，O-H键的拉伸振动峰的位置可以提供关于氢键的信息。
在红磷的拉曼光谱中，振动模式的峰位可以揭示晶格结构的性质。
这些信息对于理解物质的性质和行为非常重要。
结论通过拉曼光谱实验，我们成功地对几种液态和固态样品进行了分析，并获得了有关它们分子结构和化学键的重要信息。
拉曼光谱技术在化学、材料科学和生物学等领域具有广泛的应用前景。
通过进一步的研究和探索，我们可以更深入地了解物质的性质和行为，为科学研究和工业应用提供更多的可能性。
致谢感谢实验室提供的设备和支持，以及指导老师对本实验的指导和帮助。
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验报告篇一：拉曼光谱实验报告拉曼光谱实验[实验目的]1、了解Raman光谱的原理和特点；2、掌握Raman光谱的定性和定量分析方法；3、了解Raman 光谱的谱带指认。
4、了解显微成像Raman光谱。
[仪器和装置] 1、显微Raman光谱系统一套，拉曼光谱仪的型号为SPL-RAMAN-785 USBXX+的拉曼光谱仪，自带785nm激光；2、带二维步进电机平移台一台（有控制器一台）；3、PT纳米线样品；4、光谱仪软件SpectraSuite；5、步进电机驱动软件；6、摄像头（已与显微镜集成在一起）。
[实验内容]1、使用显微Raman系统及海洋光谱软件对单根或多根纳米线进行显微Raman光谱测量，对测量的图和标准图进行比较，并通过文献阅读对PT纳米线Raman（测量和标准）的谱峰进行指认。
2、使用显微拉曼扫描系统进行二维样品表面拉曼信号收集，并生成样品表面特定波长处的拉曼信号强度三维图，模拟样品表面拉曼表征。
选择多个拉曼波长对样品形状进行观察。
[实验结果及分析]观察PbTiO3的拉曼散射谱并比对具体的拉曼散射光谱数据进行分析，可以找到以上10个拉曼散射峰，分别位于784.54nm，794.94 nm，798.60 nm，802.90 nm，806.84 nm，811.91 nm，817.10 nm，825.29 nm，832.44 nm，879.69nm附近，对应的Raman Shift分别是-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00 cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-11371.21 cm-1。
（通过Raman Shift=1/λ入射-1/λ散射计算得到）PT纳米线Raman测量的谱峰指认：分析可知，-7.46 cm-1159.28 cm-1216.94 cm-1284.00cm-1 344.82 cm-1422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-1附近的9个振动模，分别对应于PbTiO3的A1（1TO），E（1LO），E（2TO），B1+E，A1（2TO），E（2LO）+A1（2LO），E（3TO）A1（3TO），A1（3LO）声子模。
拉曼光谱_实验报告
一、实验目的1. 理解拉曼光谱的基本原理和实验方法。
2. 掌握拉曼光谱仪的使用方法。
3. 通过实验，学习如何分析拉曼光谱数据，并识别样品的分子结构。
二、实验原理拉曼光谱是一种分析物质分子结构的方法，通过研究分子振动、转动和散射等现象来获得分子振动频率的信息。
当单色光照射到样品上时，大部分光子会按照入射光的波长直接散射，这种散射称为瑞利散射。
而一小部分光子与样品分子相互作用后，散射光的波长发生变化，这种散射称为拉曼散射。
拉曼散射的强度与样品分子中振动模式的强度成正比，因此通过分析拉曼光谱图，可以确定样品的分子结构、化学组成和物理状态等信息。
三、实验仪器与材料1. 拉曼光谱仪2. 电脑主机和显示器3. 样品：苯、水、乙醇等4. 光谱数据处理软件四、实验步骤1. 将样品置于拉曼光谱仪的样品室中。
2. 打开光谱仪，调整仪器参数，如激光波长、激光功率、光谱范围等。
3. 进行拉曼光谱扫描，记录光谱数据。
4. 使用光谱数据处理软件对光谱数据进行处理和分析。
五、实验结果与分析1. 苯的拉曼光谱分析苯分子的拉曼光谱图显示了多个特征峰，其中C-H伸缩振动峰位于2915 cm^-1，C-H弯曲振动峰位于848 cm^-1，苯环骨架振动峰位于1600 cm^-1。
通过分析这些峰的位置和强度，可以确定苯分子的结构。
2. 水的拉曼光谱分析水的拉曼光谱图显示了两个特征峰，分别对应O-H伸缩振动和O-H弯曲振动，峰位分别为3650 cm^-1和1640 cm^-1。
这些峰的位置和强度可以用来确定水的分子结构和化学组成。
3. 乙醇的拉曼光谱分析乙醇分子的拉曼光谱图显示了多个特征峰，包括C-H伸缩振动峰、C-H弯曲振动峰、O-H伸缩振动峰和C-O伸缩振动峰。
通过分析这些峰的位置和强度，可以确定乙醇分子的结构。
六、实验结论通过本次实验，我们成功地进行了拉曼光谱实验，并掌握了拉曼光谱仪的使用方法和数据分析技巧。
实验结果表明，拉曼光谱是一种有效的分析分子结构的方法，可以用于研究样品的化学组成、物理状态和分子结构等信息。
物理实验 拉曼光谱
物理实验拉曼光谱
拉曼光谱实验是一种基于拉曼散射现象的光谱分析技术。
它可以用来研究物质的分子结构、化学键的振动模式以及物质的组成和性质。
下面是拉曼光谱实验的基本步骤和原理：
1.实验仪器：通常使用的拉曼光谱仪包括激光器、样品台、
光谱分析器等。
2.激光照射：使用高能量、单色性良好的激光器，通常是激
光二极管或固体激光器。
激光光束通过调节器件聚焦在样品上。
3.散射光收集：样品散射部分激光，产生拉曼散射光，包括
斯托克斯线和反斯托克斯线。
这些散射光被拉曼光谱仪收集。
4.光谱分析：拉曼光谱仪将收集到的散射光通过光谱分析器
进行分析。
光谱分析器可以是光栅、干涉仪等，用于测量不同波数的散射光的强度。
5.数据分析：通过分析收集到的拉曼光谱数据，可以识别样
品中不同化合物的振动模式、化学键信息以及分子结构。
这些信息可以用于分析样品的组成和特性。
拉曼光谱实验在物理、化学、生物和材料科学等领域都有广泛的应用。
它可以用于分析有机和无机物质，如化学品、药物、生物分子、纳米材料等。
拉曼光谱具有非破坏性、无需样品预
处理的优点，并且可以实时、快速地获取样品的信息。
需要注意的是，拉曼光谱实验在实施时需要注意激光的使用安全性，以及提前了解样品的特性和合适的实验参数设置。
激光拉曼实验报告
激光拉曼及荧光光谱实验一、实验目的1、 了解激光拉曼的基本原理和基本知识以及用激光拉曼的方法鉴别物质成分和分子结构的原理；2、 掌握LRS – II 激光拉曼/荧光光谱仪的系统结构和操作方法；3、 研究四氯化碳CCL4、苯C 6H 6等物质典型的振动—转动光谱谱线特征。
二、实验原理2.1 基本原理分子有振动。
原子分双子的振动按经典力学的观点可以看成是简谐振子，其能量为A 是振幅，k 是力常数。
按照量子力学，简谐振子的能量是量子化的，t=0，1，2，3，···，是振动量子数，f 是振子的固有振动频率。
如果在同一电子态中，有振动能级的跃迁，那么产生的光子能量hf t t E E h )('12-=-=ν 波数为CO 在红外部分有4.67微米、2.35微米、1.58微米等光谱带，其倒数之比近似为1：2：3。
当Δt =1时，测得的ν~反映了分子键的强弱。
分子有转动。
双原子分子的转动轴是通过质心而垂直于联接二原子核的直线的。
按照经典力学，转动的动能是式中P 是角动量，Ｉ是转动惯量， 222211r m r m I += 可以证明IP I E 22122==ω222121r r m m m m I μ=+=222212121kA kx mv E =+=2121m m m m m +=hft E )21(+=mk f π21=,3,2,)(1~12ωωωωλν=∆=-'=-==t cft t hc E E上式中ｒ１，ｒ２和ｒ分别代表两原子到转轴的距离及两原子之间的距离，μ称为约化质量。
按照量子力学，角动量应等于代入上式得此式可以从量子力学直接推得，Ｊ称为转动量子数。
当Ｊ＝０，１，２，３，···等值时，相应的Ｊ（Ｊ＋１）＝０，２，６，１２，···，所以能级的间隔是I h 22π的２，４，６，８，···倍。
拉曼光谱分析2篇
拉曼光谱分析2篇拉曼光谱分析引言：拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，在化学、物理、生物等领域有着广泛的应用。
通过测定分子库仑振动引起的光子的散射光谱，可以确定分子的组成、结构与纯度等信息。
本文将介绍拉曼光谱分析原理、仪器和方法，并探究其在各领域的应用。
第一章拉曼散射与拉曼谱1.1 拉曼散射当一束激光穿过样品时，其中一部分光散射后形成散射光。
拉曼散射是一种非弹性光学散射，它在散射光中维持了激发光的能量和波长，改变了散射光的方向和强度。
1.2 拉曼谱拉曼谱是被称为荧光谱的光谱种类之一，使用光学显微镜（OM）或拉曼显微镜（RM）观察，能够毫秒级别分析纯度、结构和组成。
拉曼谱的红移和蓝移来自于拉曼散射光的波长。
第二章拉曼光谱分析原理和仪器2.1 原理基础拉曼光谱图显示分子库仑振动引起的散射光，而本征或摩尔散射为二次近似和一次近似散射，相较于热散射的分子现象，更能准确反映分子特征与结构分析。
2.2 仪器种类通常使用的拉曼光谱仪包括离线和在线两种类型。
在离线情况下，样品可以在先前从样品中提取分离，而在在线情况下可将拉曼光谱仪迅速连接到某些机器上，使设备更接近台面。
第三章拉曼光谱分析方法3.1 标准样品库与数据库标准样品库是基于数据库的分析，用于确定和确认样品的组分。
原则上，数据库应该包含样品的特征或实验条件。
对于大多数标准样品库，品牌需提供相关开发配置，具体视品牌而定。
3.2 定量分析如果使用吸收光谱进行定量分析，则使用定量公式进行计算。
在拉曼光谱方面，需要方法验证，包括质量控制。
第四章拉曼光谱在不同领域的应用4.1 化学领域化学领域中，拉曼光谱经常用于无机物质的分析（R萤荧素），聚合物的结构分析，贵金属的表征以及有机分子的数字化测量分析。
4.2 材料领域材料领域中，拉曼光谱应用于无机物质（如纳米材料）半导体材料以及有机物质的分析，并且在例如非晶体的热探头标定等方面表现出非常吸引人的表现。
4.3 生命科学领域在生命科学领域，拉曼光谱主要应用于生物医学领域、药物研究以及细胞研究。
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物理与工程 Vol.17 No.2 2007拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究师振宇1 黄 山2 方 堃3霍剑青4(指导教师)(1中国科学技术大学近代物理系;2中国科学技术大学少年班;3中国科学技术大学物理系;4中国科学技术大学理学院)(收稿日期2006211230)摘 要 本文提出了振动拉曼光谱的实验方法和谱图数据处理方法,并应用于四氯化碳、苯等样品的拉曼光谱的获得和谱分析中.实验结果与通过Gaussian 计算软件计算的理论结果相吻合.结果表明,本文提出的方法能有效地获得信号较弱和在较窄的谱段上谱线强度比相差悬殊的拉曼振动散射谱,并对其进行谱分析.关键词 拉曼光谱;实验方法;数据处理;去噪处理 引言拉曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱,入射光是强单色光,散射光除含有频率未变的光(称瑞利散射)外,还含有相当弱的有频率增减的光,其中带有散射体结构和状态的信息.在凝聚态物理学中,拉曼光谱是取得结构和状态信息的重要手段,因此拉曼光谱在科学研究和国民经济各领域得到广泛的应用.拉曼光谱[1]也是大学物理实验中的重要实验.实验中由于拉曼散射光强弱和噪声干扰等原因,往往无法获得完整的谱图,因此无法对其进行分析.本文以大学物理实验中常用的四氯化碳、苯等样品为例,运用L RS 2III 激光拉曼光谱仪研究了拉曼光谱实验方法和对谱图数据变换后的谱分析方法,并应用Gaussian 软件[3]对四氯化碳、苯等样品的谱图进行了理论分析.结果表明,实验数据与理论值吻合. 实验原理和实验方法拉曼散射[1]是光和物质相互作用引起的,在光子和散射物质分子的碰撞过程中,散射物质会从入射光子吸收部分能量,或把自身的能量加到入射光子身上去,再发射的光子便与原光子不相干,从而形成新的谱结构.当光子与分子发生弹性碰撞时,光子与分子之间没有能量交换,此时,散射光与入射光频率相同,这种频率未变的谱线叫做瑞利线.当光子与分子发生非弹性碰撞时,光子改变了能量和运动方向,使散射光频率ν与入射光频率ν0不同,ν<ν0的谱线称斯托克斯线;ν>ν0的谱线称为反斯托克斯线.三种谱线的频率各为ν0、ν0+Δν、ν0-Δν,而有用的信息就包含在Δν的数值及其强度、偏振等参量中.瑞利线的强度约为入射光强的10-3量级,较强的斯托克斯线的强度则不到入射光的10-6量级;反斯托克斯线起因于样品中较高能态的作用,按玻耳兹曼分布率,其数甚少,故相应强度也大减,不到斯托克斯线的1/10.在较窄的谱段上有强度比如此悬殊的谱线同时出现,因此,如何获得清晰的信号较弱的拉曼散射谱是拉曼光谱技术和实验方法的关键.为获得信号较弱的拉曼散射谱,通常拉曼光谱仪的基本结构如图1所示.图1 拉曼光谱基本结构示意图本文采用天津港东的L RS —Ⅲ激光拉曼光谱仪,以倍频YVO 3:Nd 激光为光源,光源波长为物理与工程 Vol.17 No.2 2007532.0nm.采用光电倍增管作为拉曼光谱的单通道接受器件,单光子计数器进行信号处理,并应用计算机对谱仪运行进行自动控制、自动信号采集和加工处理.拉曼散射是一种极微弱的光,其强度小于入射光强的10-6,比光电倍增管本身的热噪声水平还要低.当弱光照射到光阴极时,每个入射光子以一定的概率(即量子效率)使光阴极发射一个电子.这个光电子经倍增系统的倍增最后在阳极回路中形成一个电流脉冲,通过负载电阻形成一个电压脉冲,这个脉冲称为单光子脉冲.除光电子脉冲外,还有各倍增极的热发射电子在阳极回路中形成的热发射噪声脉冲.热电子受倍增的次数比光电子少,因而它在阳极上形成的脉冲幅度较低.此外还有光阴极的热发射形成的脉冲.噪声脉冲和光电子脉冲的幅度的分布如图2所示.拉曼散射形成的光电子脉冲和光电倍增管的热噪声脉冲在脉冲幅度和分布上都不相同,利用脉冲幅度甄别器把幅度低于V h 的脉冲抑制掉.只让幅度高于V h 的脉冲通过就能实现单光子计数.图2 光电倍增管输出脉冲分布 实验获取谱图及数据处理(1)阈值的选取谱图质量灵敏性依赖于甄别电平(阈值)的选取.如果选择过小则脉冲幅度甄别器无法排除噪声脉冲的干扰,拉曼散射峰将被淹没于噪声之中;而如果选择阈值过大,拉曼散射信号将减弱或被误认为噪声从而被排除.本实验采用的光电倍增管输出脉冲分布图中V h =21V.图3为实验中分别取阈值19V 、21V 、24V 时获得的拉曼光谱图.其中19V 、21V 、24V 分别对应图3中的a 、b 、c .由图3可知,当阈值选取为21V 时,获得的谱图效果最佳.图3 选取不同阈值时的拉曼光谱(2)分段获取强度相差悬殊的谱线在苯的拉曼光谱的实验中,由于斯托克斯线和反斯托克斯线的强度相差过大,在相同的实验参数下,常常无法同时获得清晰和对比明显的斯托克斯和反斯托克斯谱线.实验中可采用选取不同的实验参数分段获取的方法,适当延长反斯托克斯线的扫描积分时间,以增大其强度,然后针对不同的区域选择合适的纵坐标以计数率最大值,使得拉曼光谱图中斯托克斯线和反斯托克斯线各个峰值都比较明显.图4 苯的拉曼光谱图实验中采用苯样品,对斯托克斯线和反斯托克斯线采用相同的扫描积分时间和不同的扫描积分时间分别测试,获得谱图4和图5.图4中的物理与工程 Vol.17 No.2 2007(a 1)、(b 1)分别为在同等条件下测得的斯托克斯线和反斯托克斯线,图5中的(a 2)为原积分时间并且调整纵坐标分度值之后的斯托克斯线;(b 2)为延长积分时间并且调整纵坐标分度值之后的反斯托克斯线.图5 分段获取的苯的拉曼光谱图(3)数据处理为使谱图数据的可比较性更强,对谱图数据的纵坐标进行了取以10为底的对数的处理,图6中的(a )、(b )分别为取对数前和取对数后的谱图.显然取对数后反斯托克斯线更突显,拉曼光谱图关于瑞利线的对称性也更加显著. 理论计算与实验结果对比用Gaussian 计算软件[3]采用闭壳层Hartree 2Fock [2]方法,使用62311G (d )基组,对苯和四氯化碳进行优化及振动计算.由于Gaussian 计算软件中使用的是气态分子的模型.而实验中采用的是液态样品,因此在拉曼光谱强度计算上会产生一些差异.但是由于实验所采用的样品都为非极性分子,分子之间不存在氢键等强相互作用,可认为是近独立体系,其本征振动频率在实验范围内并不会因为液态而产生明显变化,因此可以采用Gaussian 软件的计算结果对其拉曼振动的本征频率进行标定和检验.四氯化碳计算的结果为表1所示.(a )纵坐标取对数前的谱图(b )纵坐标取对数后的谱图图6 取对数前、后的拉曼光谱图表 1频率/cm -1224.0254224.2814326.6016拉曼强度/A 4/AMU 0.00800.01910.0001频率/cm -1326.8714326.9296486.1319拉曼强度/A 4/AMU 0.01450.00910.0034频率/cm -1794.5165795.2350795.9851拉曼强度/A 4/AMU0.00140.00160.0016 表中四氯化碳有9种振动方式,可以分为4类振动模式对应着4种分子振动能量,它们对应的振动频率分别为频率/cm -1224.0254326.6016486.1319794.5165 用本文阐述的实验方法获得的四氯化碳拉曼光谱图与理论计算谱图的比较如图7所示,图中(a )、(b )分别为实验光谱图和理论计算谱图.物理与工程 Vol.17 No.2 2007图7 四氯化碳的实验与理论计算拉曼光谱对比用上述同样的方法计算,苯总共有30种振动本征模式,其本征频率和强度如表2所示.表 2频率/cm -1413.0431413.7654624.2749拉曼强度/A 4/AMU 0.00020.00240.0002频率/cm -1624.4754684.6204722.0719拉曼强度/A 4/AMU 0.00020.00010.0014频率/cm -1855.4477856.9458962.4292拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00070.0001频率/cm -1963.44811003.56541013.9302拉曼强度/A 4/AMU 0.00100.00030.0001频率/cm -11026.55491061.13551061.2813拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00010.0001频率/cm -11178.73861200.89281201.0539拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00020.0004频率/cm -11338.26411387.39071519.9150拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00070.0001频率/cm -11520.20091642.31191642.4148拉曼强度/A 4/AMU 0.00010.00010.0002频率/cm -13154.25543163.65023164.2866拉曼强度/A 4/AMU 0.00040.00030.0012频率/cm -13180.20023180.75713191.6642拉曼强度/A 4/AMU0.00070.00070.0004 由于振动频率存在简并,实际仅存在有20个不同的振动频率,它们的数值为表3所示: 表 3频率/cm -1413.0431624.2749684.6204722.0719856.9458频率/cm -1962.42921003.56541013.93021026.55491061.1355频率/cm -11178.73861200.89281338.26411387.39071519.9150频率/cm -11642.31193154.25543163.65023180.20023191.6642 实验中测得的拉曼光谱谱带远少于理论值,其原因除相等能量简并外,还由于仪器的限制,使谱带强度过弱,吸收带超出仪器测试范围;仪器分辨率有限,以至于能量相近的吸收带无法分开等.实验中测得的苯拉曼光谱和相应的理论计算光谱图如图8所示.其中(a )为实验谱图,(b )为理论计算谱图.图8 苯实验与理论计算拉曼光谱图对比由于H F 方法忽略电子相关效应,所测得的频率结果有系统误差,大约在10%～12%.一般对于HF 方法,采用计算的频率乘以矫正因子0.9613,从而与实验值吻合.通过理论计算谱图和实验谱图对比,可以看出实验拉曼光谱谱线频率的数据能够和理论值较好地吻合,从而证明了本文阐述的实验方法和谱数据处理方法的可行性. 结论本文以四氯化碳和苯样品为例,采用脉冲幅度甄别器阈值的选取方法,分段获取强度相差悬殊谱线的方法以及对数处理数据等方法得到了强物理与工程 Vol.17 No.2 2007度对比较为明显的拉曼光谱图,并且采用Gaussian计算软件对样品的拉曼光谱图进行了理论计算.结果表明,实验数据同理论值吻合,从而证明了本文所用实验方法和谱图数据处理方法的正确性和可行性.该方法在拉曼光谱的获得及其谱分析中将有广泛的应用和参考价值.参 考 文 献[1] 轩植华,霍剑青,姚坤等.大学物理实验 第四册.北京:高等教育出版社2006.6:50～59[2] M.J.Frisch,Y.Yamaguchi,H. 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