振动拉曼光谱
第八讲分子振动光谱之拉曼Raman.PPT
（五）拉曼光谱图常规分析方法
➢ 凡不引起分子偶极矩改变的振动是非红外活
性的振动，不能形成振动吸收，使红外光谱 的应用受到一定程度的限制。
➢ 但是这些红外非活性的振动信息可以通过拉
曼光谱来获得。故拉曼光谱常作为红外光谱 分析的补充技术，俗称“姐妹光谱”。
拉曼散射是与入射光电场E所引起的分子极化的
诱导偶极矩有关。
拉曼散射的发生必须在有相应极化率α的变化
时才能实现，这是和红外光谱所不同的。 在红外光谱中检测不出的谱线，可以在拉曼光
谱中得到，使得两种光谱成相互补充的谱线。
在激光拉曼光谱中有一个重要参数即退偏振
比ρ（也可称为去偏振度）。 退偏振比ρ对确定分子的对称性很有用。 退偏振比ρ定义为：
的跃迁能级有关的频率是ν1，那么分子从低能级 跃到高能级从入射光中得到的能量为hν1，而散 射光子的能量要降低到hν0-hν1，频率降低为ν0ν1。
（2）分子处于振动的激发态上，并且在与光
子相碰时可以把hν1的能量传给光子，形成一条能 量为hν0+hν1和频率为ν0+ν1的谱线。
➢通常把低于入射光频的散射线ν0-ν1称为斯托克斯
此外，络合物中金属-配位体键的振动频率一 般都在100~700 cm-1以范围内，用红外光谱研究比 较困难。然而这些键的振动常具有拉曼活性，且在 上述范围内的拉曼谱带易于观测，因此适合于对络 合物的组成、结构和稳定性等方面进行研究。
图 各种碳材料的拉曼光谱
傅里叶变换拉曼光谱是陶瓷工业中快速而有效的 测量技术。陶瓷工业中常用原料如高岭土、多水高岭 土、地开石和珍珠陶土，它们都有各自的特征谱带， 而且拉曼光谱比红外光谱更具特征性。
拉曼光谱是研究分子振动的一种光谱方法
拉曼光谱是研究分子振动的一种光谱方法 ,它的原理和机制都与红外光谱不同 ,但它提供的结构信息却是类似的 ,都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况 ,从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。
分子偶极矩变化是红外光谱产生的原因 ,而拉曼光谱是分子极化率变化诱导的 ,它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。
在分子结构分析中 ,拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。
例如:电荷分布中心对称的键 ,如 C-C、N=N、S-S 等 ,红外吸收很弱 ,而拉曼散射却很强 ,因此 ,一些在红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。
喇曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从喇曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。
用虚的上能级概念可以说明了喇曼效应：设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。
当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state），虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。
设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。
因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为喇曼线。
在喇曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。
附加频率值与振动能级有关的称作大拉曼位移，与同一振动能级内的转动能级有关的称作小拉曼位移：大拉曼位移：v=v0+v＇，v= v-v＇ (v＇为振动能级带频率)小拉曼位移：v~= v~±(6+4J)B,J=0,1,2… (其中B为转动常数)简单推导小拉曼位移：利用转动常数 B=h/4πIc转动能级Ej=J(J+1)h2/2I=J(J+1)hcB能级的选择定则为：△J=±2所以有E-E0=±(6+4J)hcB即v~=v~±(6+4J)B,J=0,1,2…谱线特征拉曼散射光谱具有以下明显的特征：b.在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利散射线两侧,这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析简介拉曼光谱分析是一种非常重要的光谱分析技术，它通过测量物质产生的拉曼散射光谱，来获取样品的结构和化学特性信息。
拉曼光谱分析是一种非毁灭性的分析技术，具有快速、灵敏、无需样品处理等优点。
本文将介绍拉曼光谱分析的原理、仪器设备以及应用领域。
原理拉曼光谱是一种由分子振动引起的散射光谱，它是分子能级间跃迁导致的，这种能级间跃迁通常称为拉曼散射。
拉曼散射有两种类型：弹性散射和非弹性散射。
弹性散射不改变光子的能量，而非弹性散射改变光子的能量。
拉曼光谱分析主要关注非弹性散射。
拉曼光谱分析的原理可以用以下简单的公式表示：其中，ω0是激发激光的频率，ωR是散射光的频率。
Δω = ωR - ω0称为拉曼位移，它表示了散射光与激发激光的频率差异。
仪器设备进行拉曼光谱分析需要使用拉曼光谱仪。
典型的拉曼光谱仪由以下几个主要部分组成：1.激光源：用于提供激发激光。
激光源通常使用激光二极管或气体激光器。
2.光学系统：包括收集和聚焦激光光束的透镜、散射样品的光学系统和收集散射光的光学系统。
3.光谱仪：用于分析收集到的散射光谱。
光谱仪通常包括光栅或狭缝，用于分离不同频率的散射光。
4.光敏探测器：用于测量分离后的散射光强度。
光敏探测器常用的包括光电二极管和光电倍增管。
5.数据处理系统：用于控制仪器设备，获取和分析光谱数据。
应用拉曼光谱分析在很多领域都有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：化学分析拉曼光谱可以用于分析和鉴定化学物质。
由于每种化学物质具有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对样品的拉曼光谱与标准库中的光谱，来确定样品的成分和浓度。
生物医学研究拉曼光谱分析在生物医学研究中有很多应用。
例如，可以使用拉曼光谱分析来研究细胞的组成和结构，从而了解生物体内部的变化和疾病发展。
材料科学拉曼光谱分析在材料科学中也有广泛应用。
它可以用于表征和鉴定材料的结构、纯度和晶格缺陷等特性。
同时，拉曼光谱还可以研究材料的相变和相互作用等过程。
拉曼光谱的原理和应用
拉曼光谱的原理和应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，它具有广泛的应用领域，包括材料科学、化学分析、生物医学等。
本文将介绍拉曼光谱的原理和应用，并探讨其在这些领域中的作用。
拉曼光谱是一种基于分子振动的光谱技术。
当光线照射到样品上时，一部分光被散射出去，而其中部分光子的能量被分子吸收并用于激发分子的振动。
被散射光的波长发生了移位，这种波长移位即为拉曼散射。
拉曼光谱通过测量这种波长移位，可以得到样品中的分子振动信息，从而揭示样品的结构和组成。
拉曼光谱有许多应用。
首先，它在材料科学领域中起着重要的作用。
通过测量拉曼光谱，我们可以分析材料的化学组成和结构特征。
例如，可以利用拉曼光谱来鉴定材料的纯度和晶体结构，监测材料中的杂质含量等。
此外，拉曼光谱还可以帮助研究材料中的微观缺陷和晶格畸变，对材料的物理性质进行探究。
其次，化学分析也是拉曼光谱的重要应用之一。
拉曼光谱可以用于快速、非破坏性的分析化学样品。
与传统的化学分析方法相比，拉曼光谱无需预处理样品，也不需要使用昂贵的试剂。
利用拉曼光谱，可以对各种化合物进行定性和定量分析，包括有机物、无机物和生物分子等。
例如，在药学领域，拉曼光谱被广泛应用于药品质量控制、药物成分分析和药效评估等方面。
此外，拉曼光谱在生物医学领域也有着广泛的应用。
通过测量生物分子的拉曼光谱，可以研究其结构和相互作用。
例如，可以利用拉曼光谱来探索蛋白质、核酸和糖类等生物分子的结构和功能。
此外，拉曼光谱还可以应用于生物医学诊断。
许多疾病的早期诊断和治疗需要准确的检测技术，而拉曼光谱由于其高分辨率和高灵敏度的特点，被认为是一种很有潜力的诊断工具。
除了上述领域，拉曼光谱还有许多其他的应用。
例如，在环境监测中，可以利用拉曼光谱来分析水和土壤中的污染物，监测环境污染的程度；在食品科学中，拉曼光谱可以用于检测食品中的添加剂和污染物，确保食品的质量和安全。
总之，拉曼光谱作为一种非常有价值的光谱技术，具有广泛的应用前景。
拉曼光谱
拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。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的和短的成分,统称为拉曼效应。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。
拉曼光谱－原理 拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应:
c.一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。
.24H-SiC
图4为橙色区域（纵切片上边缘的三角形区域）SiC晶体的显微拉曼光谱图。分析得到各拉曼峰对应的声子模及其简约波矢、对称性分别为：205.8cm-1（FTA，x=0.5，E2），267.1cm-1（FTA，x=1，E1）；612.0cm-1（FLA，x=1，A1）；778.8cm-1（FTO，x=0.5，E2），796.3cm-1（FTO，x=0，E1）；970.0cm-1（LOPC模）。4H-SiC的六方百分比为0.5。简约波矢x=0.5的FTA模（205.8cm-1）和FTO模（778.8cm-1）的强度分别大于其它简约波矢的FTA和FTO模的强度，且其它拉曼峰也与4H-SiC的文献报道值[5]相符，可以判断橙色区域为4H-SiC。值得注意的是，拉曼光谱中出现了187.5cm-1的拉曼峰，这是由于4H-SiC简约波矢x=0.5的FTA模峰形展宽造成的，说明4H-SiC的结晶质量一般[5]。实验测得橙色区域4H-SiC的导电类型也为n-型，说明载流子主要为自由电子。970.0cm-1的拉曼峰为4H-SiC的LOPC模，与本征4H-SiC的FLO模（964.0cm-1，x=0，A1）[Байду номын сангаас]相比较，其拉曼位移值仅仅增大了6.0cm-1；且LOPC模的强度仍可与778.8cm-1（FTO，x=0.5）的强度相比拟，这说明橙色区域4H-SiC晶体中的载流子（主要为自由电子）浓度不高[8]。这说明在掺氮6H-SiC单晶的生长条件下，4H-SiC与6H-SiC的掺氮效应存在明显差异。
拉 曼 光 谱
拉曼光谱1.1 引言拉曼光谱和红外光谱都反映了分子振动的信息，但其原理却有很大差别：红外光谱是吸收光谱，而拉曼光谱是散射光谱。
红外光谱的信息是从分子对入射电磁波的吸收得到的，而拉曼光谱的信息是从入射光与散射光频率的差别得到的。
拉曼光谱的突出优点是可以很容易地测量含水的样品，而且拉曼散射光可以在紫外和可见光波段量测。
由于紫外光和可见光能量很强，因此其量测比红外波段要容易和优越得多。
拉曼光谱得名于印度物理学家拉曼(Raman)。
1928年，拉曼首先从实验观察到单色的入射光投射到物质中后产生的散射，通过对散射光进行谱分析，首先发现散射光除了含有与入射光相同频率的光外，还包含有与入射光频率不同的光。
以后人们将这种散射光与入射光频率不同的现象称为拉曼散射。
拉曼因此获得诺贝尔奖。
当一束入射光通过样品时，在各个方向上都发生散射。
拉曼光谱仪收集和检测与入射光成直角的散射光。
由于收集和检测的散射光强度非常低，因此拉曼光谱的应用和发展受到很大限制。
六十年代激光开始广泛应用，拉曼光谱仪以激光作光源，光的单色性和强度都大大提高，拉曼散射仪的信号强度因而大大提高，拉曼光谱技术得以迅速发展，应用领域遍及物理，材料，化学，生物等学科，并已成为光谱学的一个分支−拉曼光谱学。
2.1拉曼光谱原理2.1.1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(Rayleigh scattering)。
1899年，瑞利从实验中得出结论：晴天时天空呈兰色的原因是大气分子对阳光的散射。
瑞利还证实：散射光的强度与波长的四次方成反比。
这就是瑞利散射定律。
由于组成白光的各种颜色的光中，兰光的波长最短，因而散射光强度最大。
天空因而呈现兰色。
瑞利当时并没有考虑到散射光的频率变化。
他认为散射光与入射光的频率是相同的。
所以后来把与入射光波长相同的散射称为瑞利散射，而把波长与入射光不同的散射称为拉曼散射。
拉曼光谱的原理
拉曼光谱的原理
拉曼光谱是一种分析材料的非常重要的光谱技术。
它利用拉曼散射现象来研究物质的分子结构和化学成分。
拉曼散射是指物质被光激发后，发生的光的频率改变的现象。
当入射光与物质相互作用时，一部分光会发生弹性散射，即光的频率保持不变。
然而，少量的光会发生非弹性散射，出射光的频率发生改变。
这种频率的改变称为拉曼散射频移。
拉曼光谱的原理基于拉曼散射导致的频移现象。
当入射光与物质发生相互作用时，入射光的一部分会被样品中的分子散射。
根据量子力学和振动理论，物质分子的振动和旋转会导致散射光的频率发生改变。
这种频率的改变与物质的化学组成和结构有关，因此可以通过测量散射光的频率变化来分析样品。
为了测量拉曼光谱，首先需要一个激光源。
激光光束通过透镜聚焦到样品上，与物质相互作用后，散射光被收集并传递到光谱仪中。
光谱仪中包含光栅和光电探测器。
光栅可以将散射光按照频率进行分离，使得不同频率的散射光可以被准确地测量。
光电探测器可以将光能转化为电信号，进而获得光谱图。
通过分析拉曼光谱图，可以得到物质的分子振动信息。
拉曼光谱可以提供许多有用的信息，例如分子的结构、功能基团、化学键以及样品的杂质。
此外，拉曼光谱还可以用于判别不同物质之间的差异，实现物质的快速鉴定和定量分析。
综上所述，拉曼光谱是一种基于拉曼散射的光谱技术，通过测
量散射光的频率变化来分析物质的化学组成和结构。
拉曼光谱具有非常广泛的应用领域，包括化学、材料科学、生物医学等。
拉曼光谱 原理
拉曼光谱原理
拉曼光谱是一种用于研究物质的结构、组成和状态的非常有用的光谱技术。
它以印度物理学家拉曼的名字命名，他于1928
年首次发现了拉曼散射现象。
拉曼光谱是通过测量物质散射光的频率变化来获得信息的。
当一束光照射到物质样品上时，其中一部分光被散射。
根据散射的方向和频率，可以分为两种类型：斯托克斯散射和反斯托克斯散射。
斯托克斯散射是指散射光的频率比入射光低，而反斯托克斯散射则是指散射光的频率比入射光高。
两者之间的频率差称为拉曼位移。
拉曼光谱的原理基于分子的振动和旋转引起的光的频率变化。
当光与物质相互作用时，光可以通过与物质分子相互作用来获得或失去能量。
如果光与物质分子的振动和旋转能级匹配，就会发生拉曼散射，其散射光的频率将发生变化。
通过测量拉曼散射光的频率变化，可以获得与物质分子的振动和旋转有关的信息。
由于不同分子之间的振动和旋转方式不同，它们的拉曼光谱也会有所区别。
拉曼光谱可以被广泛应用于化学、物理、生物和材料科学等领域。
它可以用来确定物质的化学组成、鉴定特定的化学物质、研究分子结构和相互作用等。
拉曼光谱还具有非破坏性和非接
触性的优势，因此可以应用于固体、液体和气体等不同形态的物质。
拉曼光谱 原理
拉曼光谱原理拉曼光谱是一种非常重要的技术，它是一种分析化学的手段。
该技术可以使用分光仪进行分析，利用激光、光散射和分光光度学的原理，对化学物质的分子结构进行研究和分析。
在科研实验、医学、环境监测等领域中有着广泛的应用。
拉曼散射是指光线遇到分子时，能量传递给分子，并引起分子的振动。
分子的振动过程会造成散射光的频率发生位移，产生称为拉曼散射光谱的特征光谱。
拉曼光谱基于分子振动产生的光散射效应，可以对样品物质进行快速、准确的分析和判定。
它可以测量分子的振动模式及其振动频率，进而反映物质的化学结构和性质。
拉曼效应是拉曼光谱得以实现的基础。
根据拉曼效应的原理，光经过样品后，由于样品中原子和分子的振动，会使部分光子发生能量转移，产生了特征的拉曼散射光谱。
因此，拉曼光谱可以通过分析样品中的散射光谱，了解样品的分子结构和振动信息。
拉曼光谱具有许多特点。
首先，它是一种非破坏性技术，只需要对样品进行激光照射，不会对样品造成伤害，也不会对环境造成污染。
其次，针对大多数化学物质，拉曼光谱具有灵敏度高、分辨率高和准确性高的优点。
此外，相比其他光谱技术，如红外光谱和紫外光谱等，拉曼光谱可以更加灵活地进行实验。
在实际应用中，拉曼光谱可以被用于快速识别化学、生物和材料的成分。
例如，它可以用于鉴定有机物、确认化合物的结构和定量分析样品中的成分。
此外，在生物医学领域中，拉曼光谱也被广泛应用于肿瘤诊断、蛋白质结构分析、细胞成分分析等方面。
总而言之，拉曼光谱技术的发展将会在各个领域起到重要的作用，因为它是一种快速、非破坏性、灵敏度高、分辨率高和准确性高的化学分析技术，广泛应用于科学研究和实际生产和应用。
随着该技术的不断发展和完善，我们相信它将有更加广泛的应用前景。
振动光谱学的原理和应用
振动光谱学的原理和应用振动光谱学是一种用于研究分子结构和因此引起的分子振动的技术。
振动光谱学被广泛应用于许多不同的领域，包括化学，物理学，生物学，地球科学和工程学等等。
本文将介绍振动光谱学的原理和一些常见的应用。
振动光谱学的原理振动光谱学基于分子中原子的相对位置和运动之间的关系。
当分子振动时，原子之间的距离和角度会发生改变，这样就会产生不同种类的振动模式。
根据振动模式的不同，可以将振动分为伸缩振动和弯曲振动。
振动光谱学主要有两种类型：红外光谱学和拉曼光谱学。
红外光谱学利用红外辐射的吸收来识别分子中的振动模式，而拉曼光谱学则利用拉曼散射来识别分子中的振动模式。
在红外光谱学中，物质中的化学键在特定的波长处会吸收辐射。
每个振动模式的吸收峰都会出现在不同的波长区间。
鉴别物质中的特定元素或化学键所吸收的红外辐射带的位置和形状，可以使用红外光谱。
拉曼光谱学则利用物质分子中的分子振动引起的分子极化作用所导致的散射光。
相对于红外光谱，拉曼光谱具有更高的分辨率和更精确的定量分析能力，因此在化学、生物学和材料科学等领域广泛应用。
振动光谱学的应用振动光谱学广泛应用于分析物质的分子结构，确定分析物质的分子成分以及分析分子间的相互作用力等。
以下是振动光谱学应用的一些实例：1. 化学结构确定振动光谱学技术可用于化学结构的确定。
利用红外光谱或拉曼光谱，可以识别物质中的化学键、官能团及其位置等信息。
通过综合分析标准谱图，可以进一步确定物质的化学结构，因此在化学分析领域得到了广泛的应用。
2. 生物化学分析对于生物大分子，如蛋白质和DNA等，振动光谱学可以用于研究它们的结构和动力学。
拉曼光谱法也可以用于细胞生物学研究中。
例如，可以用拉曼光谱对细胞中的脂质、蛋白质、核酸等大分子进行非破坏性检测。
3. 物质检测振动光谱学的另一个常见应用是在非常低浓度下检测物质。
这种方法利用物质分子与振动光子之间的相互作用，准确测定分子在样品中的存在量。
有机化学中的分子振动与拉曼光谱
有机化学中的分子振动与拉曼光谱在有机化学中，分子振动是一个重要的研究领域，它不仅有助于了解有机分子的结构和性质，还可以通过拉曼光谱分析来确定分子的振动信息。
本文将介绍有机化学中的分子振动和拉曼光谱的相关知识。
一、分子振动的基本原理分子振动是指分子内原子相对位置的变化产生的运动。
根据量子力学的理论，分子的振动运动是量子化的，只能取某些特定的能量。
分子振动可以分为拉伸振动和弯曲振动两种基本形式。
1. 拉伸振动：拉伸振动是分子中化学键的伸缩运动，类似于弹簧的拉伸和压缩。
单原子间的键只能产生伸缩振动，而多原子间的键则可以发生更复杂的拉伸振动。
2. 弯曲振动：弯曲振动是分子中原子相对位置的改变，如角度的增大或减小。
这种振动是由于原子之间碰撞而产生的。
二、拉曼光谱与分子振动的关系拉曼光谱是一种分析物质分子振动状态的方法，通过测量物质与激光交互作用后的散射光谱来获得分子的振动信息。
根据光谱的特征峰，我们可以确定分子中各种键的振动模式。
1. 瑞利散射与斯托克斯线：拉曼光谱中的峰主要分为两种，一种是瑞利散射线，另一种是斯托克斯线。
瑞利散射线的波长与入射光波长相同，它们的光子能量没有变化，主要用于判断材料的光学特性。
而斯托克斯线的波长比入射光波长要长，与分子振动的能量差有关。
2. 拉曼活性与激发频率：不是所有的分子都能产生拉曼散射。
只有在分子对外部电场具有极化作用的键才能产生拉曼散射。
这种键被称为拉曼活性键。
三、应用案例拉曼光谱在有机化学中具有广泛的应用。
以下是一些常见的案例：1. 确定分子结构：通过拉曼光谱的特征峰可以判断分子中的化学键以及它们的振动模式，从而推断出分子的结构。
这对于有机化合物的鉴定和分析非常重要。
2. 监测反应过程：拉曼光谱可以实时监测分子在化学反应中的变化，从而了解反应动力学和中间产物的生成情况。
这对于有机合成的优化和过程控制非常有帮助。
3. 表征纳米材料：由于拉曼光谱对微小样品的要求不高，因此可用于表征纳米材料的结构和性质。
拉曼光谱与振动光谱学
拉曼光谱与振动光谱学拉曼光谱是一种常见的光谱技术，它通过测量物质散射光的频率变化，用来研究物质的分子结构、振动模式和化学键的性质。
拉曼光谱是一种非破坏性测试方法，可以不接触样品，而且物质的性质不会受到光的照射而改变，因此在物质表征、研究和分析中得到了广泛应用。
振动光谱学是研究物质振动特性的学科，它主要通过测量物质吸收或散射光的能量变化，来研究物质的振动模式和分子结构。
振动光谱学可以分为红外光谱和拉曼光谱两大类。
红外光谱主要研究物质的共振振动和弯曲振动，而拉曼光谱则主要研究物质的非共振振动。
拉曼光谱是基于拉曼散射现象的，该现象是物质分子与光发生相互作用后，光在频率和波长上发生变化并散射出来。
这种变化是由于光与物质中的分子相互作用而引起的，通过测量散射光的频率变化，可以得到有关物质分子结构和振动模式的信息。
在拉曼光谱中，有两种散射光：斯托克斯散射和反斯托克斯散射。
斯托克斯散射是指散射光的频率低于入射光的现象，反斯托克斯散射则是指散射光的频率高于入射光的现象。
这两种散射光分别对应物质的正常振动和反常振动。
通过测量散射光的频率变化，可以获得物质分子振动模式的信息。
拉曼光谱的应用非常广泛。
在材料科学中，拉曼光谱可以用来分析材料的结构、纯度和晶格缺陷。
例如，通过拉曼光谱可以确定纳米材料的粒径大小和形态，了解材料的晶体状态和晶格缺陷情况。
在生物医学领域，拉曼光谱可以用来研究生物分子的结构和功能。
通过拉曼光谱可以分析蛋白质、细胞和组织中的分子成分和结构特性，从而帮助诊断疾病和研究分子和细胞生物学。
在环境科学和化学工程领域，拉曼光谱可以用来分析环境样品中的有机和无机物质，研究化学反应动力学和反应机理等。
虽然拉曼光谱的应用非常广泛，但是它也存在一些技术挑战。
首先，由于拉曼散射强度非常弱，必须使用高性能的光谱仪和探测器来测量。
其次，样品的表面性质会对拉曼光谱的测量结果产生影响。
样品表面的粗糙度和不均匀性会影响光的散射和传播，从而降低拉曼光谱的信噪比和空间分辨率。
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱的工作原理
拉曼光谱是通过分析物质分子或晶格的振动和转动引起的光的散射来获取信息的一种光谱技术。
其工作原理如下：
1. 激发：首先，使用激光或其他强光源对待测样品进行激发。
这些光束一般具有单一的波长和极低的发散角，以便于有效地与样品进行相互作用。
2. 光散射：激光束照射到样品上后，部分光与样品中的分子或晶格发生散射。
与样品相互作用后发生变化的散射光称为拉曼散射光。
3. 弹性散射和拉曼散射：与样品中的分子弹性碰撞后发生散射的光称为弹性散射，其频率保持与入射光相同。
而与样品中的分子引起的振动和转动引起的散射光称为拉曼散射，其频率相对于入射光发生了变化。
拉曼散射光的频率差就是拉曼位移。
4. 探测：通过使用光谱仪，将散射光与入射光进行分光、分离和检测。
光谱仪可以识别出拉曼散射光的频率差以及相对强度，并将其转化为光谱。
5. 数据分析：最后，通过对所获得光谱的分析，可以确定物质的组成、化学成分、晶格结构以及分子振动信息等。
总结起来，拉曼光谱的工作原理是利用激光束激发样品并测量样品中分子或晶格
振动和转动引起的光散射，通过分析散射光的频率差和相对强度，从而获取物质的相关信息。
拉曼光谱描述物质分子振动和旋转的光谱学方法
拉曼光谱描述物质分子振动和旋转的光谱学方法拉曼光谱是一种非常重要的分析技术，可以用来描述物质分子的振动和旋转特性。
本文将深入探讨拉曼光谱的基本原理、实验方法以及其在化学科学和材料科学领域的应用。
一、拉曼光谱基本原理拉曼光谱的基本原理是由印度物理学家拉曼于1928年发现的。
当光通过物质时，由于分子的振动和旋转运动引起了光的散射现象，从而产生了拉曼散射光。
与原来的入射光相比，拉曼散射光在频率和波长上有所变化。
这种频率和波长的变化可以提供关于物质分子结构和振动状态的信息。
二、拉曼光谱实验方法进行拉曼光谱实验需要先获得样品的拉曼散射光谱。
首先，用一束激光照射样品，激发其中的分子振动和旋转。
然后，收集样品产生的拉曼散射光，并使用光谱仪将其分析。
常用的光谱仪包括常见的拉曼散射光谱仪和共聚焦拉曼光谱仪。
通过对拉曼散射光的光谱分析，可以确定样品中物质分子的振动和旋转特性。
三、拉曼光谱的应用拉曼光谱在化学科学和材料科学领域具有广泛的应用价值。
1. 化学分析方面拉曼光谱可以用于物质的定性和定量分析。
由于不同分子的振动和旋转模式是独特的，拉曼光谱可以用于确定物质的化学成分和结构。
例如，在药物研究和制药过程中，拉曼光谱可以用来鉴定药物分子的结构和纯度。
2. 生物医学方面拉曼光谱在生物医学领域也有广泛的应用。
通过拉曼光谱技术，可以研究生物分子、细胞和组织的结构和功能。
例如，可以通过拉曼光谱来鉴定病人的血液样品中的疾病标志物，对疾病进行早期诊断。
3. 材料科学方面拉曼光谱在材料科学领域的应用也非常重要。
通过拉曼光谱，可以研究材料的结构、相变、晶格振动等性质。
例如，可以通过拉曼光谱来研究纳米材料的品质和形貌，有助于优化纳米材料的合成方法。
四、总结拉曼光谱是一种有效的光谱学方法，可以用于描述物质分子的振动和旋转特性。
通过对拉曼散射光的光谱分析，可以获取关于物质分子结构和振动状态的重要信息。
在化学科学和材料科学领域，拉曼光谱具有广泛的应用价值，可以用于物质的定性和定量分析，生物医学研究以及材料结构研究等方面。
振动光谱分析-拉曼光谱ppt
❖ FT-Raman则由激光光源，样品室，干涉仪检测 器以及计算机控制和数据采集系统组成。
FT-拉曼光谱仪原理
❖ 当激发光源经发射镜照射到样品时，通常是在同入射光 成90度的方向收集散射光。散射信号经分光后，进入检 测器。经过光电倍增管将微弱信号转换为电信号，再经 放大检测。
1 S 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
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。 无对称中心分子，三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。
3.5 FT-显微拉曼光谱仪结构
仪器结构
红外活性和拉曼活性振动
① 红外活性振动 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；
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
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
Intensity (A.U.)
2000200000 1500150000 1000100000
50050000 00
拉曼光谱原理
拉曼光谱原理拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它是通过分析光子与物质相互作用而产生的频率变化来获取样品的结构和成分信息的。
拉曼光谱技术在化学、生物、材料科学等领域有着广泛的应用，成为了一种不可或缺的分析手段。
在拉曼光谱技术中，光子与物质相互作用后，会发生拉曼散射现象。
拉曼散射是指入射光子与物质相互作用后，产生的散射光中包含了入射光子的频率变化信息。
这种频率变化是由于分子的振动和转动引起的，因此拉曼光谱可以提供样品的振动和转动信息，从而揭示样品的结构和成分。
拉曼光谱的原理可以通过量子力学来解释。
当入射光子与样品相互作用时，样品的分子会发生振动或转动，从而改变其极化率。
这种极化率的变化会导致散射光子的频率发生变化，产生拉曼散射。
通过测量拉曼散射光子的频率变化，就可以得到样品的结构和成分信息。
拉曼光谱的应用非常广泛。
在化学领域，拉曼光谱可以用来确定化学物质的结构和成分，例如有机分子、无机物质、生物分子等。
在生物领域，拉曼光谱可以用来研究蛋白质、DNA、细胞等生物分子的结构和功能。
在材料科学领域，拉曼光谱可以用来研究材料的晶格结构、缺陷和应力等信息。
除了传统的拉曼光谱技术外，近年来还出现了许多新的拉曼光谱技术，如表面增强拉曼光谱（SERS）、显微拉曼光谱、共聚焦拉曼光谱等。
这些新技术在提高拉曼光谱的灵敏度、空间分辨率和应用范围方面发挥着重要作用，推动了拉曼光谱技术的发展和应用。
总之，拉曼光谱作为一种重要的光谱分析技术，具有广泛的应用前景和发展空间。
通过深入研究拉曼光谱的原理和技术，可以更好地理解和应用这一强大的分析手段，为科学研究和工程实践提供有力支持。
低频拉曼光谱
低频拉曼光谱
低频拉曼光谱（Low-frequency Raman spectroscopy）是一种用
于分析材料低频振动模式的光谱技术。
低频振动通常指的是低于100 cm^-1的振动频率。
拉曼光谱是一种非常强大的工具，可以提供关于材料的分子结构、晶格动力学和化学键的信息。
传统的拉曼光谱通常集中在高频振动模式（通常在100 cm^-1以上），而低频振动模式则
被忽略或很少关注。
低频拉曼光谱具有以下特点：
1. 高分辨率：低频拉曼光谱通常使用高分辨率的仪器测量，可以提供准确的频率和强度信息。
2. 振动模式解析：低频振动模式通常与材料的晶格动力学有关，因此能够提供关于晶体结构、相变和相互作用的信息。
3. 红外不可见：许多低频振动模式在红外光谱中不可见，因此低频拉曼光谱成为研究这些振动模式的重要手段。
低频拉曼光谱可以应用于多种领域，包括固态物理、材料科学、生物医学和地球化学等。
例如，它可以用于研究晶体的声子色散关系、纳米颗粒的晶格动力学、蛋白质的结构和折叠以及岩石矿物的相变行为。
总之，低频拉曼光谱是一种强大的光谱技术，可以为研究材料的低频振动模式提供详细的信息。
它在材料科学和多个研究领域中有广泛的应用前景。
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北京大学实验报告
振动拉曼光谱
【实验目的】
1、观测典型分子的振动拉曼光谱，了解拉曼散射的基本概念和物理图像
2、测量退偏度，了解拉曼散射的退偏度和分子对称性的关系。
【实验原理】 1、拉曼散射
光通过介质时会有部分光被散射，按照散射光频率的特点将散射分为三种：=0ν∆，瑞利散射；ν∆较小，布里渊散射；ν∆较大，拉曼散射。
拉曼散射是由于物质中分子的振动、转动、晶格振动及各种激发元参与的非弹性散射。
拉曼散射峰对称地分布于瑞利峰两边，ν∆<0的称为斯托克斯线，ν∆>0的称为反斯托克斯线。
拉曼散射经典图像：受电场为E 的光波的照射，分子将产生一个感应偶极矩P
，且满足=P E A ∙ 。
A 由分子内部运动决定，称为分子极化率。
若分子有内部振动，则A
不仅包含常向量0A
,还包含与振动频率k ω及初相位k ϕ相关的向量，由此产生的偶极矩也包含几项，
除了辐射原频率0ω的光，还能辐射0k ωω±的光。
拉曼散射量子图像：频率为0ω的光子引起体系从初态i 跃迁至末态f ，同时体系辐射出光子。
出射光的频率由初末两态的能级差决定。
三种能级差分别对应瑞利线、斯托克斯线、反斯托克斯线。
2、退偏度
拉曼光谱和入射光的偏振方向有关。
由=P E A ∙
可知散射光的偏振方向和入射光的偏振方向的关系由极化率张量A 决定，而A
包含了分子振动的信息。
所以通过测量偏振拉曼
光谱还可以获得有关分子振动的性质。
为此引入退偏度的概念——退偏度是指不同散射组态下散射光强度之比。
定义入射光方向和散射光反向构成的平面为散射平面，常见的三种退偏度为
北京大学实验报告
()()()
n
n n n
I I θρθθ⊥=
，()()()
I I θρθθ⊥
⊥⊥
⊥=
，()()()
s I I θρθθ⊥⊥
⊥=
【实验装置】
样品：4C C l 液体。
由于液体中分子的转动被抑制，我们观察到的拉曼光谱是纯振动光谱。
若样品是气体，则可能观察到转动光谱。
激光源：产生强度和偏振性俱佳的入射光。
集光部件：最有效地收集散射光，主要用透镜。
样品架：为了使杂散光最少，实验中让收集光方向垂直于入射光方向。
偏振部件：改变入射光和散射光的偏振方向，用1/2波片实现。
单色仪：分光并接收某波长的光信号。
光电倍增管：使光信号转变为电信号并使之线性扩大。
光子计数器和记录仪：收集电信号并记录。
【实验内容】
1、调节外光路，使入射光方向与收集光方向垂直，入射光通过样品中心。
利用光路可逆原理，用手电照射入射狭缝，调节透镜使狭缝的像与样品中激光线重合。
2、定点调节。
初次扫描，找到最大峰位置，再反复调节透镜，直到最大峰的幅度最大。
此时散射光已经尽可能地被收集到入射狭缝。
3、调节入射狭缝宽度，使光谱宽度为10cm -1。
光谱宽度2
'
(
)d W W v dl
λ= ，光谱仪线色散
d dl
λ=1.6nm/mm ，激光器产生波长为632.8nm 的红光。
由此算出狭缝宽度W =0.25mm 。
调节出射狭缝的宽度和入射狭缝一致（保证得到完整的高斯信号）。
4、调节完成后进行细调，使光谱在拉曼震动是的强度为记录仪的约3/4。
5、分别测量以下三种情况的拉曼光谱，分析光谱特征并解释：n I ⊥，I ⊥⊥，I ⊥。
6、在自动扫描和测量仪器中测量拉曼光谱各峰的强度，并计算退偏度。
【实验结果】
1、 测得的拉曼光谱大致如下图
北京大学实验报告
n I ⊥
拉曼光谱
（1）拉曼光谱中，拉曼峰对称地分布于瑞利峰两边，且斯托克斯线的强度比反斯托克斯线的强度高。
解释：前面的原理中已经讲到散射光的频率为0k ωω±，所以应该对称地分布于瑞利峰两边。
而根据量子图像，粒子在各能级的分布在平衡时满足波尔兹曼分布，能量越高粒子数越少。
反斯托克斯线要求粒子初态能量比末态能量高，那么粒子至少要处于第一激发态，而斯托克斯线则没有此要求，于是在相同条件下能发出斯托克斯线的粒子数比反斯托克斯线多，所以前者的强度更大。
（2）I ⊥⊥光谱与n I ⊥
光谱相似，只是各个峰的强度成比例地减小。
因为我们只选取了散射光
中垂直于散射平面的一部分。
（3）I ⊥ 光谱与n I ⊥
光谱相比，缺少了两个峰散射峰。
原因是这个峰对应的振动是对称的。
2、退偏度测量 拉曼峰相对强度表
北京大学实验报告
【实验讨论】
1、实验的误差来源
本实验的误差主要来自于光噪声和电噪声。
光噪声是指其他光源发出的光进入单色仪而引起的误差，所以实验中应尽可能地关掉其他光源，并将仪器密封于黑匣子中。
电噪声是指光电倍增管的光阴极产生的热电子（即暗电流）引起的误差，可以通过测量无光入射时PMT的本底信号来扣除它或者用液氮降温。
2、为什么选取第三种退偏度。
出射光为垂直出射或者自然出射，入射光为垂直入射或平行入射，因此我们只能选取第三种退偏度。
3、从拉曼振动光谱图上可以看出的结论
以入射光的波数为中心点，可以看出斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分列在入射光的两边；斯托克斯线的强度一般比反斯托克斯线要强；拉曼光谱的强度与入射光的偏振关系有关。
且可以看到当平行入射时，会有两个对称的峰消失，这是由于夹角为零，能流为零，表示散射光是完全偏振的，反映了分子的振动式对称的。
实际
C C l的自由度为9，而观察到
4
的谱线峰只有7个，有一个原因是强度太低，无法在谱线上观察出来，还有一个原因是振动对应的频率是相同的，所以也无法观察出来。
4、定点调节
定点调节是在斯托克斯线的最高峰的强度的那一点。
5、斯托克斯线强度比反斯托克斯线强度大的一个直观解释
斯托克斯线是由低能级跃迁至高能级，反斯托克斯线是由高能级跃迁到低能级，因此对于基态，可以往上跃迁，但不可以往下跃迁，因此斯托克斯跃迁数目更多，对应的强度也就相对高。
6、实验中需注意，不要将液体样品平放或倒置，不然引起杂质的运动从而无法测量。