激光拉曼光谱技术

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激光拉曼光谱法

激光拉曼光谱法激光拉曼光谱法（LaserRamanSpectroscopy，LRS）是一项非常重要的光谱技术，它是利用比较强的激光光束来测定物质的结构和化学性质。

技术的基本原理是利用激光照射被检测物质，使其中的原子能量升高，从而产生拉曼散射，通过测量散射光，可以获得有关物质结构和化学性质的信息。

简而言之，激光拉曼光谱法是利用激光光束使物质发射出拉曼散射，从而获得物质的结构和化学属性的一种光谱技术。

激光拉曼光谱法的优点主要有四：首先，它是一种非破坏性的检测方法，可以测量微量样品；其次，它具有良好的空间分辨率，可以对多种材料进行非破坏性检测；再次，它具有较强的抗噪声能力，并且测量精度高；最后，它可以用来测量几乎所有物质，涵盖了生物、化学和物理学等多个领域。

激光拉曼光谱法的应用非常广泛，它可以用来测量有机物、无机物、晶体以及液体的物理性质、结构和化学性质，同时可以用于对分子的排序和重组、纳米结构的测量以及蛋白质的结构分析，等等。

例如，激光拉曼光谱法可以用来分析有机材料、无机材料以及半导体材料，也可以用来测量液体、固体、粉体等材料的某些特性。

激光拉曼光谱法的精度取决于多种因素，主要有激光束能量、激光束精度、样品大小、样品分布和测量环境等。

因此，在实际使用时，必须按照规定的标准来选择合适的激光束、样品大小以及测量环境，以确保能够获得准确的测量结果。

除此之外，在使用激光拉曼光谱法测量样品时，为了避免环境温度和湿度等外界因素的影响，最好在封闭空间中进行测量。

总之，激光拉曼光谱法是一种非常实用的光谱技术，它可以用来检测有机物、无机物、晶体以及液体的物理性质、结构和化学性质，为分析物质的组成和结构提供了一种简洁、准确的方法。

当然，要想获得准确的测量结果，就必须根据测量样品的特性，选择合适的激光束、样品大小以及测量环境，严格按照规定的标准来进行测量。

激光拉曼光谱

激光拉曼光谱激光拉曼光谱(Laser-RamanSpectroscopy，简称LRS)是一种利用激光来分析物质结构的一种光谱技术，它利用一个发射激光光束，并用它强烈聚焦在分析物的表面上，使之发射出一个与激光光束频率不同的被称为拉曼散射的光束，从而得到拉曼光谱，从而分析和判断物质的分子结构、晶体结构等。

激光拉曼光谱技术由Laser Raman Spectroscopy隐含在其中，是一种把激光光束投影到物体表面，并对物体表面反射出的光线进行分析、测定其频率特征来达到分析物体结构的一种技术。

激光拉曼光谱有着广泛的研究应用，它既可以用于分析固体，也可以用于分析液体，还可以用于分析气体，用于研究物体的结构，用于研究物体的性能以及用于研究物体的分子组成或结构的研究。

激光拉曼光谱的基本原理是利用激光对物体表面发射的光线进行发射分析，因此拉曼光谱仪是一种采用双光路，一个使用激光发射光束，另一个使用拉曼散射分析激光发射光束反射回来的信号，从而分析该物体的光谱特性的仪器。

通过概率分析拉曼散射信号，可以推断出分子或晶体结构特性，从而获得其结构信息，进而研究物体的性能。

例如，在材料科学领域，可以通过激光拉曼光谱技术分析出晶体的结构信息，从而了解晶体的性质和物理特性，并获得晶体的分子结构参数，进而研究其特性。

激光拉曼光谱技术具有品质检测简便、快速、稳定、可靠、耗能低等优点，已经广泛应用在航天、航空、军事、制造业、生物、化学、电子等诸多领域。

此外，激光拉曼光谱技术的应用涉及的领域还不断扩大，例如，在汽车制造业和医疗领域，激光拉曼光谱技术应用也越来越广泛。

激光拉曼光谱技术具有很高的研究和应用价值，它是一种测定物体结构的有效方法。

但是，激光拉曼光谱技术仍然有一定的局限性，因为其分析效率低，容易受到环境噪声的干扰，还可能因为激光发射时的频率不够均匀而影响分析结果。

激光拉曼光谱技术是一种重要的光谱技术，正得到越来越多的研究与应用，也应得到相应的重视。

4.5 激光拉曼光谱法

4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱图
Raman spectrum of CCl4
4.5 激光拉曼光谱法
红外光谱和拉曼光谱
红外
1. 吸收红外光谱 2. 分子偶极距的变化 3. 非对称振动模式有高灵敏度
拉曼
1. 光的非弹性散射 2. 极化率的变化 3. 对称振动模式有高灵敏度
4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱与红外光谱的关系
互斥法则互允法则互阻法则
O=C=O 对称伸缩
O=C=O 反对称伸缩
偶极距不变无红外活性偶极距变有红外活性
极化率变有拉曼活性极化率不变无拉曼活性
4.5 激光拉曼光谱法
拉曼光谱技术的优越性
对样品无接触，无损伤
B
提供高质量的分子结构信息
无需制备
可以选择激发光的波长
优
点
用量少
维护成本低，使用简单
• 肿瘤检测 • 文物考古分析 • 公安与法学样品无损分析 • 鉴定参与界面过程的分子物种，研究界面
物种的取向，确定表面膜组成和厚度
4.5 激光拉曼光谱法
➢表面增强拉曼光谱（SERS）
表面增强拉曼散射效应是指在特殊制备的一些金属良导体表面或溶胶中，吸附分子的拉曼散射信号比普通拉曼散射信号大大增强的现象。
➢ 傅立叶变换拉曼光谱仪与普通激光拉曼光谱仪比较 • 傅立叶变换拉曼光谱优势在于可以避免荧光干扰, 提高了散射光信号的信
噪比，拓宽了拉曼光谱的应用范围。 ➢ 傅里叶变换拉曼光谱主要应用于高分子材料、生物材料研究等方面。
4.5 激光拉曼光谱法
➢ 傅立叶变换拉曼光谱仪与普通激光拉曼光谱仪比较 • 以近红外激光代替可见激光做光源。 • 由迈克尔逊干涉仪傅里叶变换系统代替分光扫描系统对散射光进

激光拉曼光谱习题选择题

激光拉曼光谱习题选择题一、选择题1. 激光拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射现象的分析技术，其原理是：A. 激光光源的波长与样品分子的转动和振动频率相匹配，从而产生拉曼散射。

B. 激光光源的波长与样品分子的吸收频率相匹配，从而产生拉曼散射。

C. 激光光源的波长与样品分子的能级差相匹配，从而产生拉曼散射。

D. 激光光源的波长与样品分子的电子跃迁能级相匹配，从而产生拉曼散射。

2. 拉曼散射发生时，下面哪种光发生频率改变？A. 入射光B. 散射光C. 双方光D. 单色光3. 激光拉曼光谱技术与红外光谱技术相比，以下哪项是激光拉曼光谱的优势之一？A. 激光拉曼光谱无需样品预处理。

B. 激光拉曼光谱仅适用于无机化合物分析。

C. 激光拉曼光谱的分辨率较低。

D. 激光拉曼光谱无法应用于溶液样品。

4. 激光拉曼光谱的仪器主要由以下组成部分构成：A. 激光器、样品室、探测器和数据处理系统。

B. 激光器、红外光谱仪、样品室和数据处理系统。

C. 红外光谱仪、样品室、探测器和数据处理系统。

D. 激光器、样品室、红外光谱仪和数据处理系统。

5. 下列哪项不是激光拉曼光谱技术的应用领域？A. 医学诊断B. 食品安全检测C. 原油分析D. 流体动力学研究6. 激光拉曼光谱技术常用的激光光源包括以下哪几种？A. 氩离子激光器、氦氖激光器、二极管激光器B. 氩离子激光器、红外光谱仪、二极管激光器C. 红外光谱仪、二极管激光器、激光二极管D. 氩离子激光器、氦氖激光器、激光二极管7. 激光拉曼光谱技术中的微型拉曼光谱仪的特点是：A. 体积小、重量轻、适用于现场快速检测B. 体积大、重量重、适用于实验室分析C. 体积小、重量轻、适用于溶液样品分析D. 体积大、重量重、适用于无机化合物分析二、简答题1. 请简要介绍激光拉曼光谱技术的基本原理。

2. 与红外光谱技术相比，激光拉曼光谱技术有哪些优势和应用领域？3. 请简述激光拉曼光谱仪的主要组成部分及其功能。

激光拉曼光谱分析

•2
2 拉曼效应（1） 1）瑞利散射
一个频率为的单色光（一般为可见光），当
不被物体吸收时，大部分将保持原来的方向穿过物体，但大约有1/105——1/103的光被散射到各个方向。并且在与入射光垂直的方向，可以看到这种散射光。1871年科学家Rayleigh发现了这种现象，因此称之为瑞利散射。该种散射为弹性碰撞，光的频率不变。
•11
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
•12
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
•13
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）
•5
2 拉曼效应（4）
若入射光的波数为0，则拉曼散射的0i 。又称之为拉曼位移。
E1为分子的基态； E2为除基态以外的某
一能级（如某一振动态） E3和E3’为该分子的受激虚态之能级。
•6
2 拉曼效应（5）
1）处于基态E1的分子受入射光子h0的激发，跃迁到受激虚态E3，而后又回到基态E1。或者E2的分子激发到E3’，很快又回到E2，这两种情况下，能量都没有改变，这种弹性碰撞称之为瑞利散射，散射光的波数等于入射光的波数。
散射波的波数等于0＋’
•9
2 拉曼效应（8）
斯托克斯散射和反斯托克斯散散统称为拉曼散射。实际上，反斯托克斯散射的强度比较大，因此在拉曼光谱测定上习惯采用反斯托克斯散射。

激光拉曼光谱

激光拉曼光谱激光拉曼光谱技术是一种基于激光和拉曼散射原理的光谱分析技术，它通过测量拉曼光谱，研究物质的化学结构、成分信息、物性参数等，以及拉曼光谱和分子结构的关系，为物理、化学和材料科学领域提供了广泛的研究和应用机会。

激光拉曼光谱的研究方法包括电子及共振光谱技术，它可以用来探测物质的结构和性质，也可以识别和分析物质的成分。

激光拉曼光谱的技术依赖的理论基础可以分为普通的拉曼原理、共振拉曼原理和复合拉曼原理。

拉曼原理是由拉曼散射测量分析物质中元素振动或颗粒所产生的拉曼散射现象，这种现象所产生的拉曼光谱容易识别物质的成分和结构。

共振拉曼散射是由物质的外电子云或共价键的频率相关的电磁场的组合而观测到的，它可以获得元素在物质中的分子结构，从而获得物质的化学结构信息。

复合拉曼散射是指拉曼散射和共振拉曼散射结合在一起使用，可以获得更多的信息。

激光拉曼光谱技术是一种灵敏、高分辨率的分析技术，可以应用于多种物质，如生物、材料、环境等，它可以用来检测机理、探索结构、计算反应率,在广泛应用于物理化学研究和机械工程制造领域。

激光拉曼光谱技术的优点可归纳为：（1）精确可靠，它可以测量到物质结构的非常小的变化，而不会受到其他因素的影响；（2）灵敏度高，可以探测到痕量物质；（3）可以获得高分辨率的全光谱信息；（4）可以检测物质的多种特性；（5）对物质的测量不受环境的影响；（6）快速测量，可以快速分析多种物质。

激光拉曼光谱技术的应用十分广泛，它可以应用于工业领域的控制及检测，如分析精细化学品；也可以应用于表面分析，如金属和多层膜结构的探索；可以应用于生命科学领域，如生物分子和生物大分子的结构和物性参数的检测；还可以应用于环境领域，如分析气体、水体中的痕量化学物；还可以应用于材料工程领域，如分析材料的结构和组成，以及晶体内部的分析等。

总之，激光拉曼光谱技术在物理、化学、材料工程、环境等多个领域中都有着广泛的应用，它拥有良好的准确性、灵敏性以及全光谱信息分析能力，而且操作简单便捷，是一种重要的分析技术。

激光拉曼光谱的基本原理和应用

激光拉曼光谱的基本原理和应用概述激光拉曼光谱是一种分析化学技术，通过激光与物质相互作用产生拉曼散射，来研究物质的结构、组成和分子间相互作用。

它具有非破坏性、无需样品准备和实时性等优点，逐渐成为了化学、材料科学、生物科学等领域的重要工具。

基本原理1.激光激发：使用单色激光激发样品，激光光源通常采用连续激光或脉冲激光。

2.拉曼散射：激光与物质相互作用时，部分光子会发生能量改变，产生拉曼散射。

拉曼散射分为斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射两种类型。

3.能量转移：拉曼散射中发生的能量转移可以反映样品的各种信息，包括化学成分、结构、晶格振动、分子动力学等。

4.光谱测量：将拉曼散射的频率和强度进行测量，得到拉曼光谱。

拉曼光谱可以通过光谱解析获得样品的详细信息。

应用领域1. 分析化学•定性分析：通过比对拉曼光谱数据库，可以鉴定物质的组成和结构，例如鉴别药品中的成分、研究有机化合物的结构等。

•定量分析：利用拉曼光谱与物质的浓度之间的关系，可以进行定量分析，例如测定食品中的添加剂含量、检测环境中的污染物等。

•微生物检测：拉曼光谱可以用于微生物的快速检测与鉴别，例如检测食品中的细菌、水质中的藻类等。

2. 材料科学•表征材料：激光拉曼光谱可以用于表征各种材料，包括无机材料、有机材料和生物材料等，例如研究催化剂的表面性质、分析聚合物的分子结构等。

•动态研究：拉曼光谱可以实时监测样品的变化过程，例如观察材料的相变、溶液的反应动力学等。

•薄膜制备：通过拉曼光谱的组成分析，可以优化薄膜的制备过程，提高其性能。

3. 生物科学•细胞研究：利用激光拉曼光谱，可以对细胞的化学成分进行非破坏性分析，例如观察细胞的代谢活性、鉴别癌细胞等。

•药物研发：拉曼光谱可以用于药物的研发过程中，以评估其结构、稳定性和溶解度等。

•生物分子结构解析：通过拉曼光谱，可以研究生物分子的结构和相互作用，例如蛋白质的折叠状态、核酸的结构等。

研究进展•激光技术的进步：随着激光技术的不断发展，激光拉曼光谱的应用范围和灵敏度得到了显著提高。

激光拉曼光谱技术

第二节
相干反斯托克斯拉曼散射光谱
自发拉曼散射光的强度很弱，给测量带来了许多困难。实验研究发现，随着激光功率的提高，由强激光电场诱导的二次以上的高阶极化现象越来越显著。产生了一些新的拉曼散射现象：受激拉曼散射、受激拉曼增益散射与逆拉曼散射、相干斯托克斯拉曼散射与反斯托克斯拉曼散射、拉曼诱导克尔效应等。这些新的拉曼散射现象的共同特点是信号强度大，比自发拉曼散射光的强度提高109量级。用相干拉曼散射进行光谱测量，发现了一些用自发拉曼散射无法发现的光谱信息。
六、拉曼散射的应用 1．分子结构的研究拉曼光谱是一种测量分子振动的光谱技术，拉曼频移的产生是基于分子振动。拉曼频移值与分子的振动能级相对应，而不同的振动能级起源于不同方式的振动。化合物中的结构基团都有其特征的振动频率，据此，可以直接鉴定化合物的结构基团，判断化学健的性质及其变化。在许多化合物的拉曼谱上有长的全对称振动泛频系列，可以利用来进行分子振动的非谐性研究。 2. 定量分析中的应用依据拉曼谱线的强度与入射光的强度和样品分子的浓度的正比例关系，可以利用拉曼谱线来进行定量分析。
第七章
激光拉曼光谱技术
1928年印度科学家拉曼(C. V. Raman)与克里希南(K. S. Krishnan)在液体与蒸汽中发现了拉曼散射现象。当一束光入射到分子上时，除了产生与入射光频率ω0相同的散射光以外，还有频率分量为 ω0±ωM 的散射光， ωM 是与分子振动或转动相关的频率，拉曼散射非常弱。拉曼获得了1930年度的诺贝尔奖金
3)正常拉曼散射光的强度与激发光频率的四次方成正比，而对表面增强拉曼散射这一关系并不成立，表现为宽频带的共振关系；选择定则也放宽了．实验发现，某些只有红外活性的介质，测量到了增强拉曼散射信号；

激光拉曼光谱法

04
III.与C—H和N—H谱带比较，O—H拉曼谱带较弱。
红外与拉曼谱图对比
红外光谱：基团；
01
拉曼光谱：分子骨架测定。
02
红外与拉曼谱图对比
拉曼光谱图
拉曼光谱图
2941，2927cm-1 ;asCH2 2854cm-1 sCH2; 1029cm-1 （C-C）; 803 cm-1环呼吸; 1444 cm-1，1267 cm-1 CH2 环己烷红外光谱图环己烷拉曼光谱图
E
e
e
r
二、Raman光谱
CCl4的Ramam光谱图
拉曼光谱记录的是stoke 线。
测量相对单色激发光频率的位移。把入射光频率位置作为零，频率位移(拉曼位移)的数值正好对应于分子振动或转动能级跃迁的频率。
激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。
拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。酮羰基的伸缩振动在红外光谱中位于1710cm-1附近，而拉曼光谱中总在（1710土3）cm-1。
测量共振拉曼效应时的注意点：
结束
1 红外光谱分析基础 2 红外光谱仪 3 红外光谱与分子结构的关系 4 红外吸收光谱的应用 5 激光拉曼光谱法
第十一章
内容选择
红外活性
拉曼光谱—源于极化率变化
红外光谱—源于偶极矩变化
5.3 激光拉曼光谱仪（结构流程）
结构流程激光光源、试样池、单色器、检测器。
二、主要部件
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8 nm 。
三、傅里叶变换-拉曼光谱仪
1
光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064 m）。
2
检测器：高灵敏度的铟镓砷探头。
特点：
傅里叶变换-拉曼光谱仪特点

激光共焦拉曼光谱仪技术要求

激光共焦拉曼光谱仪技术要求
（1）样品准备要求。

样品需要是透明的，具有适当的厚度，并且不
能吸收光谱范围内的激光，以保证有效拉曼效应。

（2）激光源技术要求。

激光共焦拉曼光谱仪通常使用氦氖激光或其
他激光源，以使样品中的原子具有合适的激发能级；同时，激光光束应该
尽可能地聚焦，以提高激发效率。

（3）光谱感应技术要求。

在激光共焦拉曼光谱仪中，一般使用纳米
光谱仪、液晶光谱仪或其他类型的光谱仪，以探测拉曼效应产生的光谱信号，以便进行准确的光谱分析。

（4）数据处理技术要求。

激光共焦拉曼光谱仪检测的数据需要进行
处理，以得到准确的材料结构和性质分析结果。

处理方法可以包括称谱法、拟合法、数模叠加法等。

以上是激光共焦拉曼光谱仪技术要求的简介，它主要包括样品准备要求、激光源技术要求、光谱感应技术要求和数据处理技术要求等。

通过这
种技术要求，可以实现对样品的准确分析，以获取其结构和性质信息。

激光共聚焦拉曼光谱

激光共聚焦拉曼光谱激光共聚焦拉曼光谱（LCLS）是最新的拉曼光谱技术，能够进行三维化学成像，具有高灵敏度和非破坏性等优点。

在化学、生物、医疗及环境科学等领域具有广泛的应用。

LCLS技术的特点在于它能够将样品的一部分作为激光聚焦点，获得样品内部和表面化学成分的信息，同时得到每层的深度信息。

这些信息有助于研究物质的微结构和分子之间的作用。

与传统的拉曼光谱相比，LCLS具有更高的信噪比和更高的分辨率，使得LCLS成像技术可以用于复杂的样品分析。

LCLS的工作原理是采用注入样品的激光束在表面聚焦，激光所照射到的小区域是激光的焦点，激光聚焦区域内，分子振动将会不同于其它区域，这些振动频率的变化就是所谓的拉曼散射。

由于激光聚焦的能力，LCLS可以获取重要的样品化学成分信息，这种技术被称为三维化学成像。

LCLS的应用非常广泛，特别是在材料科学和生命科学领域，LCLS技术可以用于表面化学组成分析。

在生命科学领域，LCLS技术可以应用于单细胞成像，有效地提高了样品的分析效率。

在生物医学中，LCLS还可以用于研究癌症细胞的成长过程，解析细胞内部的复杂化学反应。

LCLS的优点在于速度快，可以在短时间内获取大量的化学信息。

同时还具有非破坏性，因此不会对样品造成损伤或污染。

近年来，LCLS技术已经开始得到广泛的应用，在化学和生命科学等领域展现出了强大的分析能力。

总之，LCLS是一种高分辨率的三维化学成像技术，它在化学、生物、医疗和环境科学等领域有着广泛的应用。

其优点包括高速度、非破坏性和高灵敏度，因此可以持续地进行大量的化学分析。

未来，随着LCLS技术不断完善，它将为科学家解开更多的谜团。

激光拉曼光谱法在金刚石研究中的应用

激光拉曼光谱法在金刚石研究中的应用激光拉曼光谱（Laser Raman spectroscopy）是一种分析样品中分子振动和晶体晶格振动的方法。

其中，激光将光能转移到物质中，使得物质中的分子和晶格发生振动。

通过检测光子的散射能量和频率变化，激光拉曼光谱能够提供关于物质结构、组成和性质的详细信息。

在金刚石研究中，激光拉曼光谱法有着广泛的应用。

首先，激光拉曼光谱法可以用于检测金刚石的杂质和晶格缺陷。

在金刚石中，杂质和缺陷会对晶格振动的频率和强度产生影响。

通过测量拉曼峰的位置和强度，可以确定金刚石中的杂质种类和含量，以及晶格缺陷的类型和分布情况。

例如，激光拉曼光谱法可以用来检测金刚石中的氮杂质，因为氮杂质会引起峰位的移动和增强。

其次，激光拉曼光谱法可以用于研究金刚石的晶体结构和相变行为。

金刚石由碳原子构成，具有类似于石英和冰的四方晶体结构。

激光拉曼光谱可以提供有关金刚石的晶格参数、键角和键长等信息，从而帮助研究金刚石的晶体结构和变形机制。

此外，激光拉曼光谱还可以研究金刚石的相变行为，例如石墨化相变和金刚石的高温高压相变。

通过测量拉曼峰的强度和频率变化，可以揭示这些相变行为的微观机制。

此外，激光拉曼光谱法还可以用于金刚石的表面和界面分析。

金刚石的表面和界面具有特殊的电子结构和化学性质，能够对光的散射和吸收产生显著影响。

通过测量拉曼光谱，可以研究金刚石表面和界面的化学反应、吸附行为和膜片薄度等参数。

例如，激光拉曼光谱可以用来研究金刚石表面的氧化反应和钠离子的吸附行为。

这些表面和界面的研究成果对金刚石的应用和制备具有重要的指导意义。

此外，激光拉曼光谱法还可以用于金刚石的强度和热学性质研究。

金刚石是世界上最硬的材料之一，其物理和化学性质受到严格的约束。

激光拉曼光谱法可以用来研究金刚石的硬度、弹性模量和热膨胀系数等参数。

通过测量激光拉曼光谱的峰位位置和宽度变化，可以揭示金刚石材料的机械和热学性质变化规律，为其工程应用提供重要参考。

拉曼光谱技术的原理及应用

拉曼光谱技术的原理及应用拉曼光谱技术是一种分析样品中分子的非常有效的方法。

在该技术中，利用拉曼效应同样也可以识别特定的纳米颗粒和其他不透明的物质。

本文将详细阐述拉曼光谱技术的原理及应用。

1. 拉曼光谱技术的原理拉曼光谱技术是一种激光光谱技术，它利用样品的分子振动模式（横振动、伸缩和扭曲等模式），使分子发生光散射，并将散射的光收集起来进行分析。

在拉曼光谱技术中，将激光照射到样品上，样品分子中的大部分仍然是以核的振动模式存在。

但当激光的频率与分子的振动频率相同时，由于拉曼效应的作用，部分光子将分离并产生红移或蓝移。

这个现象就是拉曼散射现象。

拉曼效应的原理是，当光子入射到分子上时，分子表现出类似摆动的运动，这种运动随着时间的推移而释放出特定频率的光子，这样就形成了拉曼散射光谱特征峰。

拉曼光谱学中的光谱特征包括波数（公式1）和相对强度（公式2），如下所示：公式1：wavenumber（cm^-1）=1/wavelength（cm）公式2：Relative intensity（I/I0）在拉曼光谱图中，相对强度是指各个峰的高度比较，波数则表示各个峰所对应到的分子振动能量。

实验室中常用的拉曼光谱仪的波数精度一般在1 cm^-1左右。

2. 拉曼光谱技术的应用2.1 分子结构和化学成分的分析拉曼光谱技术可以为分子结构和化学成分的分析提供非常重要的信息。

如在红外光谱技术中，只有具有矢量性的分子振动模式才能产生吸收峰，因此该技术对于分析非常规的分子结构并不适用。

而拉曼光谱技术可以用于任何分子结构的振动分析，可以检测出如异构体、杂质或药物的不同形式等信息。

由于拉曼光谱可以通过常压、接触以及非接触的方法进行采集，因此这使得样品的限制条件相对较少。

2.2 生物检测和药品品质检测拉曼光谱技术在生物医学分析领域中也得到广泛应用。

在这个领域中，拉曼光谱技术可以用于检测血液中的各种生物分子，如细胞、蛋白质、DNA、荷尔蒙、抗生素和维生素等。

激光拉曼光谱原理

激光拉曼光谱原理
激光拉曼光谱是一种用于分析物质成分和结构的非损伤性技术。

它利用激光光源照射样品，当光与样品相互作用时，其中一部分光被散射，并通过集成光谱仪进行分析。

激光拉曼光谱基于拉曼散射效应，拉曼散射是指光在与物质相互作用时改变频率和能量的现象。

当激光与样品相互作用时，有一部分光被散射，并且散射光的频率可能会发生变化。

这些频率的变化量与样品的分子振动和旋转相关。

拉曼散射光中的频率变化通常非常小，因此需要使用高分辨的光谱仪来检测。

光谱仪通常由一个光栅或干涉仪组成，可以将不同频率的光分离开来，并测量其强度。

这样就可以得到一个频率与强度的光谱图。

激光拉曼光谱可以用于分析各种类型的样品，包括固体、液体和气体。

对于固体样品，激光光源可以通过显微镜聚焦到样品表面上的微小区域，以获得高空间分辨率的光谱信息。

对于液体和气体样品，可以通过光纤将光源引导到样品中，以获取其拉曼光谱。

通过对激光拉曼光谱的分析，可以确定样品中的分子组成和结构信息。

每种分子都有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对实验结果与已知标准光谱库来确定样品的成分。

此外，还可以通过观察峰值的位置、强度和形状来推断样品的分子结构和化学键信息。

激光拉曼光谱具有高灵敏度、非破坏性、快速分析等优点，因此广泛应用于材料科学、化学、生物医学等领域的研究和实际应用中。

激光拉曼光谱课程

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）环状化合物的对称振动常常是最强的拉曼谱带。
4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。
其输出激光波长为6328埃，功率在100mW以下。
样品的放置方法
为了提高散射强度，样品的放置方式非常重要。气体的样品可采用内腔方式，即把样品放在激
光器的共振腔内。液体和固体样品是放在激光器的外面。
激光Raman光谱仪
laser Raman spectroscopy 激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；
1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。
吴大猷先生
1935年在北大完成了第一篇关于拉曼散射的论文‘四氯乙烯拉曼线的退极化’(《中国化学学会会志》第四卷) ，也是该领域国内的第一篇论文。
在不同方向上的分子被入射光电场极化程度是不同的。
在激光拉曼光谱中，完全自由取向的分子所散射的光也可能是偏振的，因此一般在拉曼光谱中用退偏振比(或称去偏振度)ρ表征分子对称性振动模式的高低。
I
I //
I∥和I⊥—3—的分别谱代带表称与为激偏光振电矢谱量带平，行表和示垂分直的子谱有线较的高强的度对称振4 动模式。
●将负拉曼位移，
即ν0－ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。

激光拉曼光谱

实验系统和光谱：
优点：
缺点：
① 高强度 ② 抑制背景光 ③ 高光谱分辨率 ④ 消除单色仪影响 ⑤ 探测微量样品 ⑥ 转换效率高
① 较强背景荧光 ② 不适合损耗大介质 ③ 非共振背景信号干扰
一、普通拉曼光谱
斯托克斯线反斯托克斯线
薛定谔方程微扰时系统波函数简化可得
初始条件：
积分可得：跃迁几率：
——斯托克斯线 ——反斯托克斯线
二、受激拉曼光谱
受激拉曼散射特点
① 阈值性
② 方向性
⑦ 与正常拉曼谱线中最强
③ 强度高 ④ 单色性 ⑤ 短脉冲
的谱线位置相同 ⑧ 反斯托克斯线容易出现
⑥ 多重谱线特
能量和动量守恒定律：
总光场：
极化偶极矩：能量交换速率：平均速
总的光场写成：
平均速率：
波矢方程：利用关系：
简化得：利用关系：
简化得：利用能量和动量守恒定律，可得：
实验要求：
① 激光输出功率必须大于阈值 ② 拉曼光应尽量落在探测器上 ③ 激光脉宽必须选择适当
受激拉曼散射应用： ——振动态能级寿命
k
L
E2 E1
转换效率：
三、超拉曼光谱
二阶感生偶极子P：
入射光场：分子做谐振动：
利用关系：
实验技术和光谱：
四、相干反斯托克斯拉曼光谱
——相干反斯托克斯拉曼散射 ——相干斯托克斯拉曼散射
输出激光光场：
CARS光强度：相位匹配条件：
相干长度：

激光拉曼光谱分析法

4 激光Raman光谱法的应用
4.1.1 有机化合物结构分析
对于有机化合物的结构研究，虽然Raman光谱的应用远不如红外吸收光谱广泛，但Raman光谱适合于测定有机分子的骨架，并能够方便地区分各种异构体，如位置异构、几何异构、顺反异构等。
官能团不是孤立的，在不同的分子中，相同官能团的Raman位移有一定的差异，△ 不是固定的频率，而是在某一频率范围内变动。
光是电磁辐射，其作用于物质，光子与物质分子发生碰撞时，产生散射光。
01
当物质颗粒尺寸小于入射光波长，产生拉曼散射和瑞利散射。
03
非弹性碰撞不但改变方向，还有能量交换和频率改变，称拉曼散射。
05
当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长，产生丁达尔散射。
02
弹性碰撞时无能量交换，且不改变频率，,仅改变运动方向，称瑞利散射；
11.3.1 色散型Raman光谱仪
11.3.1.3 单色器色散型Raman光谱仪采用多单色器系统，如双单色器、三单色器。最好的是带有全息光栅的双单色器，能有效消除杂散光，使与激光波长非常接近的弱Raman线得到检测。在傅里叶变换Raman光谱仪中，以Michelson(迈克耳孙)干涉仪代替色散元件，光源利用率高，可采用红外激光光源，以避免分析物或杂质的荧光干扰。 11.3.1.4. 检测器一般采用光电倍增管。为减少荧光的干扰，在色散型仪器中可用CCD检测器。常用的检测器为Ga-As光阴极光电倍增管，光谱响应范围宽，量子效率高，而且在可见光区内的响应稳定。傅里叶变换型仪器中多选用液氮冷却锗光电阻作为检测器。
3.2 傅里叶变换Raman光谱仪
01
02
4.1 定性分析 Raman位移△ 表征了分子中不同基团振动的特性，因此，可以通过测定△ 对分子进行定性和结构分析。另外，还可通过退偏比ρ的测定确定分子的对称性。无机、有机、高分子等化合物的定性分析；生物大分子的构象变化及相互作用研究；各种材料（包括纳米材料、生物材料、金刚石）和膜（包括半导体薄膜、生物膜）的Raman分析；矿物组成分析；宝石、文物、公安样品的无损鉴定等方面。