固体物理实验红外与拉曼
红外光谱和拉曼光谱分析物质结构
红外光谱：基团测定；拉曼光谱：分子骨架测定；拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。
4.3互排与互允法则
STEP3
STEP2
STEP1
互排法则：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。
互允法则：无对称中心的分子其分子振动，对红外和拉曼都是活性的。
相互禁阻规则：对于少数分子振动，其红外和拉曼光谱都是非活性的。即分子的振动既没有偶极距的变化也没有极化率的变化。
拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换，改变了光子的能量。
瑞利散射和拉曼散射原理
物质分子总在不停地振动，这种振动是由各种简正振动叠加而成的。结构不对称的分子，具有偶极矩；结构对称的分子不产生偶极矩，但在容易被极化。
当简正振动能产生偶极矩的变化时，它能吸收相应的红外光，即这种简正振动具有红外活性；当分子在振动时产生极化度的变化，它与入射光子产生能量交换，使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别，这种能量的差别称为拉曼位移(Raman Shift)，它与分子振动的能级有关，拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。
红外和拉曼光谱分析物质结构
材料学: 梁晓峰(B080459)
2022 - 2023
主要内容
Catalogue
光学分析法
O1
拉曼散射光谱分析法
红外吸收光谱分析方法
红外光谱和拉曼光谱的异同
O2
O3
O4
1光是一种电磁辐射，其能量与其频率直接相关，与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。基于电磁辐射与物质间作用而建立起来的一类分析方法，称为光学分析法。
物质晶格的振动对其最近邻周围非常敏感, 因而拉曼散射可以探测到如晶格空间量级范围的结构及其特性。在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广：如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等），杂质，缺陷等晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分析，催化剂等方面的信息。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
物理学中的红外光谱和拉曼光谱
物理学中的红外光谱和拉曼光谱红外光谱和拉曼光谱是物理学中常见的两种光谱分析技术。
红外光谱（Infrared Spectroscopy）是通过测量吸收红外光的能力来分析物质的分子结构和化学键的情况；而拉曼光谱（Raman Spectroscopy）则是通过测量分子和晶格结构对入射光的散射来分析物质的分子结构和化学键的状态。
这两种光谱分析技术已成为当今科学技术领域中不可或缺的重要工具。
红外光谱常用于分析物质的分子结构，还可分析分子中的化学键。
分子中的原子可通过它们的质量、电荷和其环境对红外光的散射和吸收，发生振动和旋转。
每个分子都有自己的特定振动模式，包括结构和运动序列。
当红外光照射样品时，这些振动模式会形成一个可识别和特异的吸收图谱。
吸收的图谱可分为不同的区域，每个区域可对应特定的化学键或分子结构。
通过识别样品中各区域的特征吸收带，研究人员可以分析样品中存在的分子结构和化学键种类，从而了解样品的组成和特性。
与红外光谱相比，拉曼光谱具有更高的分辨率和更广的适用范围。
拉曼光谱中的散射光谱是通过入射光与样品分子或物质中发生的振动和旋转的相互作用而产生的。
这种光谱分析方法具有非破坏性、快速和高灵敏度等优点。
由于在红外光谱中存在的低频振动模式在拉曼光谱中也很活跃，因此该技术与红外光谱相比较而言，可提供更准确和更灵敏地分析可得到更高的分辨率。
目前，世界上许多领先的科学研究机构和实验室都应用拉曼光谱技术来研究从天体物质到分子生物学等研究值得注意的范围，以展现其在此领域中不可或缺的作用。
虽然红外光谱和拉曼光谱技术在科学、医学和工程领域中都有着广泛的应用，但这些技术也存在一些仍需注意、继续深究的领域。
例如，在生物医学领域中，研究人员正在探索利用红外光谱和拉曼光谱技术来识别癌细胞、病毒和菌株。
这些应用还需要更多的研究、开发和改进，才能更好地用于检测、治疗和预防世界各地所面临的健康问题。
综而言之，红外光谱和拉曼光谱技术在物理学中的应用非常广泛，并成为现代科学研究中不可或缺的重要工具。
红外和拉曼原理及性能分析
极化率是分子的平均偶极矩u与电场强度E的比 值。符号α ；u=αE 它是统计平均值
20
红外与拉曼谱图对比
红外：基团 拉曼：分子骨架的测定
甲基的特征吸收频率： 2960cm-1 2870cm-1 1460cm-1 1380cm-1
21
红外与拉曼光谱的相互补充
2
红外光谱的表示方法
以透过率T~λ 或T~ν 来表示： ν / cm−1 = 104 /(λ /μm)
T(%)= I/I0×100%， I—透过强度，I0—入射强 度
3
T(%)
红外光谱的区域
4
红外特征吸收产生的条件
产生红外特征吸收的必要条件：
➢辐射光子应具有能满足物质产生振动跃迁所 需的能量 ➢辐射与物质间有相互耦合作用
• 拉曼散射信号的接收类型分单通道和多 通道接收两种。 光电倍增管接收属于单通道接收。
检测记录系统
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。
19
小结：红外与拉曼原理的区别
红外光谱 吸收；分子在振动跃迁过程中有偶极矩的改 变 偶极矩指正、负电荷中心间的距离d和电荷中心 所带电量q的乘积，表达式为μ=qd，方向规定为 从正电中心指向负电中心。
E0 + h0 h0
h0 h0
E1
V=1
E0
V=0
h(0 - )
h0 ( + h0 ， E1 + h0 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态.
13
激光拉曼光谱仪
仪器组成
14
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。目前拉曼 光谱实验的光源己全部用激光器代替历 史上使用的汞灯。对常规的拉曼光谱实 验，常见的气体激光器基本上可以满足 实验的需要，常用氩离子激光器。最常 用的两条激发线的波长分别为 514.5 nm 和 488.0 nm。
红外光谱与拉曼光谱的区别
红外光谱与拉曼光谱的区别1）拉曼谱峰比较尖锐，识别混合物，特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。
2）在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。
3）在鉴定无机化合物方面，拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。
所以一般说来，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。
4）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。
红外光谱与拉曼光谱的比较1、相同点对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。
因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。
2、不同点（1）红外光谱的入射光及检测光均是红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；（2）红外谱测定的是光的吸收，横坐标用波数或波长表示，而拉曼光谱测定的是光的散射，横坐标是拉曼位移；（3）两者的产生机理不同。
红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。
拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化，是极化率的改变，产生诱导偶极，当返回基态时发生的散射。
散射的同时电子云也恢复原态；（4）红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源；（5）用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。
而用红外光谱分析样品时，样品要经过前处理，液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法，固体样品可用调糊法，高分子化合物常用薄膜法，体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm的大容量气体池；（6）红外光谱主要反映分子的官能团，而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子；（7）拉曼光谱和红外光谱可以互相补充，对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。
分子拉曼和红外
分子拉曼和红外都是分子光谱技术，用于研究分子的振动和转动状态。
分子拉曼光谱是通过测量分子对激光的散射来获取分子的振动和转动信息。
当激光照射到分子上时，分子会吸收部分光能并发生振动和转动，这些振动和转动会导致分子的极化率发生变化，从而改变分子对激光的散射。
通过测量散射光的频率和强度，可以得到分子的振动和转动信息。
红外光谱是通过测量分子对红外光的吸收来获取分子的振动和转动信息。
当红外光照射到分子上时，分子会吸收部分光能并发生振动和转动，这些振动和转动会导致分子的偶极矩发生变化，从而改变分子对红外光的吸收。
通过测量吸收光的频率和强度，可以得到分子的振动和转动信息。
分子拉曼和红外技术都可以用于分子结构的鉴定、化学反应的研究、材料的表征等领域。
它们的主要区别在于拉曼光谱是通过测量散射光的频率和强度来获取分子的振动和转动信息，而红外光谱是通过测量吸收光的频率和强度来获取分子的振动和转动信息。
此外，拉曼光谱对非极性分子的检测更敏感，而红外光谱对极性分子的检测更敏感。
拉曼与红外联系与区别
红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的。只有当振动时，分 子的偶极矩发生变化时（固有偶极矩），该振动才具有红外活性。
+对于d 分-子中的同+一d个` -基团，它+-的红d=0外光谱+-吸d收=0 峰的位置和拉曼光谱峰Байду номын сангаас位置是相同的。
极性分子
非极性分子（N2、O2等）
固有偶极矩（Permanent dipole）： 如图中的水分子，对于极性分子， 都会存在，由于电荷点乘位置矢量 叠加后的总矢量不为零。
吸收光谱
散射光谱
化学分子的偶极矩
分子的电子云极化
能斯特灯、碳化硅棒等作光源； 样品需前处理
激光作光源；样品不需前处理
水的吸收强，严重影响测试结 吸收弱，可以应用于生物的活
果，限制了应用领域
体测试
主要反映分子的官能团
主要反应分子的骨架，用于分 析生物大分子
红外光谱仪
拉曼光谱仪
产生的机理
常规测量范围 光谱产生的方式
检测对象 检测要求 水溶液样品 谱图信息
红外
拉曼
振动引起分子偶极矩或电荷分 布变化产生的
由于键上电子云分布产生瞬间 变形引起暂时极化，是极化率 的改变，产生诱导偶极，当返 回基态时发生的散射。散射的
同时电子云也恢复原态
400-4000 cm-1
40-4000 cm-1
反斯托克斯线(anti-Stokes)：发 射光子频率高于原入射光子频率。
Rayleigh
Stokes Anti-Stokes
拉曼位移(Raman shift)：对不同物质：△V不同；
（横坐标）
对同种物质：拉曼位移与入射频率V0无关，表征 分子振-转能级的特征物理量。
物理实验技术中的红外与拉曼光谱分析方法
物理实验技术中的红外与拉曼光谱分析方法红外光谱和拉曼光谱是物理实验中常用的分析方法，能够帮助科学家研究物质的结构和性质。
本文将探讨红外光谱和拉曼光谱的原理、应用以及在物理实验技术中的重要性。
在物理实验中，红外光谱和拉曼光谱被广泛应用于分析不同材料的化学成分和结构。
红外光谱通过测量物质吸收或散射红外光的波长来确定其分子振动信息，从而帮助科学家鉴定和定量分析物质。
而拉曼光谱则是通过测量物质散射光的频率来研究物质的分子振动和晶格振动。
这两种光谱技术在物理实验中有着广泛的应用，不仅可以用于化学、材料科学等领域的研究，还可以用于生物医学等领域的研究。
红外光谱分析方法的原理基于分子的振动吸收。
每个分子都有一些特定的频率，当红外光与分子相互作用时，分子会吸收特定频率的能量并发生振动。
这些吸收带的位置和强度可以提供关于分子结构和化学键的信息。
通过红外光谱分析，科学家可以研究材料的组成、纯度、分子间的相互作用等。
拉曼光谱与红外光谱不同，它是通过测量物质分子或晶格的光散射来研究其结构和性质的。
当光线通过物质时，其中一部分光线将散射出去，在散射过程中，光子与物质相互作用发生频率的变化，这就是拉曼散射现象。
通过测量散射光的频率，可以获得物质的拉曼光谱。
拉曼光谱可以提供关于物质的化学组成、晶格结构以及分子之间的相互作用等信息。
在物理实验中，红外光谱和拉曼光谱被广泛使用于材料科学的研究中。
例如，科学家可以利用红外光谱和拉曼光谱来研究有机化合物、聚合物材料以及表面涂层等材料的结构和性质。
通过分析这些材料的光谱数据，科学家可以进一步了解它们的热稳定性、力学性能和化学反应性等。
此外，红外光谱和拉曼光谱还可以应用于催化剂的研究、纳米颗粒的表征以及生物医学领域的研究中。
物理实验技术中的红外光谱和拉曼光谱分析方法的重要性不可忽视。
这些分析方法不仅提供了关于物质结构和性质的重要信息，还可以帮助科学家设计和合成新材料，改善现有材料的性能。
红外和拉曼光谱课件PPT
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
红外与拉曼比较
对称分子：
对称振动→拉曼活性。
不对称振动→红外活性
2024/10/15
4. 红外与拉曼谱图对比
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
2024/10/15
红外与拉曼谱图对比
2024/10/15
5.选律 1 S C S
振动自由度：3N- 4 = 4
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
4
或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差2 单位。 III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
2024/10/15
2941，2927cm-1 ASCH2 2854cm-1 SCH2 1444，1267 cm-1 CH2
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
2024/10/15
水可作为溶剂
水不能作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
不能用玻璃容器测定
固体样品可直接测定
需要研磨制成 KBR 压片
2024/10/15
二、拉曼光谱的应用
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息： 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
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
2024/10/15
三、激光Raman光谱仪
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；
Ar激光器， 波长514.5nm，
488.0nm； 散射强度1/4 单色器： 光栅，多单色器； 检测器： 光电倍增管， 光子计数器；
物理实验中的拉曼与红外光谱测试方法
物理实验中的拉曼与红外光谱测试方法导言：在物理实验中，拉曼和红外光谱测试是两种常用的方法。
这两种方法在研究物质的结构和性质方面有着重要的应用。
本文将依次介绍拉曼和红外光谱测试的原理、设备以及应用领域。
一、拉曼光谱测试方法拉曼光谱测试方法是一种基于物质分子振动转换能级的光散射现象的测试技术。
当物质受到激发光束的照射时，一部分光子将通过物质，而另一部分光子则与物质分子进行作用，发生散射。
这种散射光中，有一部分光子的频率发生了微小的变化，称为拉曼散射光。
通过分析拉曼散射光的频率变化，可以了解物质的化学键、分子结构以及晶格振动等信息。
拉曼光谱测试设备主要由激光器、样品台、光谱仪和检测器等组成。
激光器发射一束单色激光，并将其聚焦在待测物质上。
光谱仪记录散射光的频率变化，并将其转换为拉曼光谱图。
通过分析拉曼光谱图的峰位和峰形，可以获得物质的信息。
拉曼光谱测试具有非破坏性、无需特殊处理样品的优点，广泛应用于材料科学、化学和生物医学等领域。
从材料科学的角度来看，拉曼光谱测试可以用于研究材料的结构、相变以及材料表面特性等。
在化学领域，拉曼光谱测试可以帮助分析物质的成分、化学键的强度以及反应过程等。
此外，生物医学研究中的荧光探针、细胞成像以及体内分子探测等都可以通过拉曼光谱测试实现。
二、红外光谱测试方法红外光谱测试方法是一种基于物质在红外光区吸收光的特性的测试技术。
物质吸收红外光的波长范围通常为2.5到25微米，这个范围对应于物质分子振动和转动能级之间的能量差。
通过测量物质在红外光区的吸收光谱，可以对物质的组成、结构和化学键进行研究。
红外光谱测试设备主要由红外光源、样品台、光谱仪和检测器等组成。
红外光源发射一束宽带红外光，并将其传递到待测物质上。
光谱仪记录吸收光的变化，并将其转换为红外光谱图。
通过分析红外光谱图中吸收峰的位置和强度，可以获得物质的信息。
红外光谱测试被广泛应用于化学、材料学和生物科学等领域。
在化学领域，红外光谱测试可以帮助分析物质的结构、成分和化学键的类型。
凝聚态物理作业---拉曼光谱
拉曼光谱和红外光谱的区别张艾佳2013111752摘要：本文从介绍拉曼光谱和红外光谱入手，进一步的分析其两者之间的区别。
从而使读者更加清楚和明白的应用拉曼和红外这两种表征方法。
关键字：拉曼光谱，红外光谱，区别1引言有机化合物的机构表征，即测定——从分子水平上认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。
过去主要是依靠化学手段来进行有机化合物的机构测定。
其缺点是费时费力费钱，且需要的样品量大。
例如吗啡碱结构的测定，1805年开始研究，直至1952年才完全弄清楚，历时147年。
现在的结构测定则是采用现代仪器分析法，它具有省时省力省钱快速的优点。
它不仅可以研究分子的结构还可以探索分子间的各种聚集态的结构类型和构象的状况，对于人类面临的生命科学，材料科学的发展，是极其重要的。
这里我简单调研了两种比较有用的方法：红外光谱和拉曼光谱。
2正文2．1红外光谱（1）原理：电子能一般是紫外光谱和可见光谱，也正是电子能的存在才有了我们一般看到的各种化合物的颜色；而振动能和转动能一般所需的能量较低，波长较长，在不同的振动和转动得能级之间进行跃迁，而产生的在红外波段的光谱就是红外光谱。
即使是最简单的水分子，也有不同的振动模式，以最简单的不改变键角的沿轴振动为例，两个氢原子可以是对称地同时向氧原子靠近或离开，也可以是反对称一个靠近氧原子，一个离开氧原子。
当然，还会有其它形式的振动和转动，例如改变键角的剪式振动和摇摆振动。
上述振动虽然不改变极性分子中正、负电荷中心的电荷量，却改变着正、负电中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。
相应这种变化，分子中总是存在着不同的振动状态，有着不同的振动频率，因而形成不同的振动能级。
能级间的能量差与红外光子的能量相当。
选择吸收当一束连续波长的红外光透过极性分子材料时，某一波长的红外光的频率若与分子中某一原子或基团的振动频率相同时，即发生共振。
这时，光子的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，导致分子对这一频率的光子的，从振动基态激发到振动激发态，产生振动能级的跃迁。
固体物理实验--红外与拉曼
红外和Raman光谱的比较
电磁波波段
红外光波段
红外和Raman光谱测量
红外光谱仪光路示意图
红外谱仪中使用的元器件
红外测量最主要的特点是特殊元件的需要，包括光源、 分光元件和光学窗口等。（大多数材料对红外光有强 烈的吸收） • 光源：钨灯用于近红外、电热棒用于中红外、高压水 银弧光灯用于远红外波段。（同步辐射光源）
Raman光谱应用
由Raman光谱可以获得分子和固体材料振动谱特征，由此可以 获得分子各种结构信息和固体材料结构、组分等各种信息。 对于有机分子，Raman可以用来进行研究，但是红外相对于 Raman的优点是前者方便定量化。 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）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
各种Raman散射
• • • • • • • • 共振Raman散射 电子共振Raman散射 表面增强Raman散射 受激Raman散射 超Raman散射 逆Raman散射 相干反Stokes Raman散射（CARS） ……
扭摆 Twisting
（来源于维基百科）
分子振动频率
分子振动可以看成谐振子振动，频率为：
=(k/)1/2
k为力常数，决定于化学键的强度。 为折合质量。（同位素效应）
红外吸收和Raman散射的基本原理
武汉理工大学 材料测试方法 红外与拉曼光谱比较
相互关系----经验规则
(1)相互排斥规则： 凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，
则红外是非活性的；若红外活性，则拉曼 非活性。 (2) 相互允许规则：
凡无对称中心的分子，大多数的分子， 红外和拉曼都活性。
(3) 相互禁止规则：
少数分子的振动，既非拉曼活性，又非 红外活性。
如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉 曼光谱中均观察不到该振动的谱带。
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱 光谱范围100-4000Cm-1
中红外光谱 光谱范围400-4000Cm-1
水可作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等 容器中直接测定
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制 的单色性激光
波长大于800nm的多色光
一 相同之处 同属分子振(转)动光谱
二 不同之处 红外：分子对红外光的吸收； 强度由分子偶极距决定。 拉曼：分子对激光(单色光)的散射； 强度由分子极化率决定。
三 互补
红外：适用于研究不同原子的极性键的 振动。
－OH, －C＝O，－C－X 拉曼：适用于研究同原子的非极性键振 动。
－N－N－, －C－C－
拉曼光谱与红外光谱用途的差别：
1) 在鉴定有机化合物方面，红外光谱 具有较大的优势，主要原因是红外光 谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。
2）在鉴定无机化合物方面，拉曼光谱仪 获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光 谱仪容易得多。因此，无机化合物的拉 曼光谱信息量比红外光谱的大。
3）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、 互相佐证。
本节小结
红外与拉曼光谱的比较。
5.8 红外与拉曼光谱比较
5.8.1 红外活性和拉曼活性振动
2020高中物理竞赛—物理实验A：拉曼光谱(红外光谱)(共16张PPT)
狭缝上，以最佳的立体角聚集散射光，并使之与 单色仪的集光立体角相匹配。试样室内的凹面镜 M1和M2是用以提高散射强度的，M1把透过试样 的激光束反射回来多次通过试样，以增强激光对 试样的激发效率。对于透明试样照射光的强度增 大五倍以上。M2则把反方向的散射光收集起来 反射回去，可将进入单色仪的散射光的立体角增 加一倍。在做单晶体的喇曼散射实验时，由于 M1和M2改变了散射的几何配置，所以不用这两 个反射镜。
3.4 探测，放大和记录系统
喇曼光谱仪的探测器为光电倍增管。用不同波长 的激发光，散射光在不同的光谱区，要选用合适的 光谱响应的光电倍增管。为了减少其暗电流降低噪 声，以提高信噪比，需用致冷器冷却光电倍增管。 处理光电倍增管输出的电子脉冲的方法有直流放大 法，交流放大法和光子计数法。当输出电流大于 10-9A时用直流放大器，小于10-10A时用光子计数 器。交流放大法目前已较少采用。
和分布上都不相同，可以利用幅度甄别器或 脉冲高度分析器部分地将二者分开，再通过 脉冲成形电路产生等幅等脉宽的脉冲，用电 子计数器计数，送入计算机。光子计数法不 适用于强光信号。
谢 谢观看！
3.2 外光路系统及样品装置
激光器之后到单色仪之前为外光路系统和试 样装置，它的作用是为了要在试样上得到最有 效的照射，最大限度地收集散射光，还要适合 于作不同状态的试样在各种不同条件（如高， 低温等）下的测试。
由于喇曼散射的效率很低，试样装置要能以最 有效的方式照射样品和聚集散射光，它的光学设 计是非常重要的。通常采用聚焦激光束照射到试 样上，以提高试样上的辐照度，产生喇曼散射。 一般用透镜L1聚焦激光束，使其最集中的区域（ 束腰处直径可达10μm）照射到试样上，试样上 的辐照度大约可增大一千倍。如功率密度太高会 损坏样品时，则不用透镜。透镜L2把样品上被激 光束照明的焦柱部分准确地成象在单色仪的入射
红外-拉曼光谱实验教学
拉曼光谱与红外光谱的比较
相同点：
红外光谱和拉曼光谱都是产生于分收光谱，拉曼光谱是散射光谱； B、在分子振动或转动中，分子偶极矩发生变化才能产生红外 光谱，分子 极化率发生变化才能产生拉曼光谱。
选择定则：
A、相互排斥规则：凡是具有对称中心的分子，如果其红外是活 性，则其拉曼就是非活性的，反之，如果拉曼活性，则其红 外就是非活性的。 B、相互允许规则：一般来说，没有对称中心的分子，其红外和 拉曼都是活性的。
拉曼光谱参数
拉曼位移（Raman Shift，谱峰位置)
大小：
的值，取决于分子振动能级。
单位：波数，厘米的倒数，cm-1 。
谱峰强度
光谱选律
拉曼活性：极化率变化（电子云形状受原子核影响的难
易程度）
红外活性：偶极矩变化
拉曼光谱技术问题
光子-分子作用截面小
样品荧光影响
样品光降解
实验10 不同物态样品红外 透射光谱的测定
红外光谱是什么？
红外光谱是一种吸收光谱 红外光谱对应的是分子内部化学键的振 动和转动 红外光谱的英文缩写：IR
红外光谱产生的条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁的 能量； 辐射与物质间有相互偶合作用
偶极矩在交变电场 中的作用示意图
红外光谱仪两种类型
色散型 干涉型（Fourier变换红外光谱仪）
色散型红外光谱仪
色散型红外光谱仪的组 成部件与紫外-可见分 光光度计相似，但对每 一个部件的结构、所用 的材料及性能与 紫外可见分光光度计不同。 它们的排列顺序也略有 不同，红外光谱仪的样 品是放在光源和单色器 之间；而紫外-可见分 光光度计是放在单色器 之后。
红外光谱与拉曼光谱原理及应用
δOR C R'
δ+
1 715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1 8红0外0c光m谱-1和拉曼光1谱8原28理cm-1
及应用
O FCF
1 928cm-1
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭 体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双 键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减 小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。例 如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数 减小，振动频率降低。
简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，每个原子 都在其平衡位置附近做简谐振动。
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
(4)振动的基本形式 伸缩振动。
弯曲振动。
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
（5）分子基本振动的理论数目 非线性分子振动形式有(3n-6)种，直线型分子
的振动形式为(3n-5)种。 （6）红外吸收谱带的强度
同一化合物的气态和液态光谱或固态光谱有较大 的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及 制样方法等。
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
3.1.3.2内部因素
电子效应
（i）诱导效应（I效应）。由于取代基具有 不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子 中电子分布的变化，从而改变了键力常数，使 基团的特征频率发生位移。例如，羰基（C = O）的伸缩振动，随着连接基团电负性的变化， C=O的伸缩振动频率变化情况如下
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
空间位阻效应：
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
红外光谱和拉曼光谱原理 及应用
环张力： 环内影响：以环烯为例。
拉曼光谱与红外光谱
拉曼光谱Raman spectra拉曼散射的光谱。
1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，同年稍后在苏联和法国也被观察到。
在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0－υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0＋υ1又称为反斯托克斯线。
靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。
瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。
小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。
拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0－υ1的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0＋υ1的光子，同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线)。
分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。
与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。
激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。
（一）含义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。
固体物理实验方法-3
10.发光光谱
一、光致发光（PL），光致发光激光谱（PLE） 主要应用：未知杂质的检测，杂质缺陷能级测定 二、电致发光（EL）谱及阴极荧光谱（ＣＬ） 主要应用; 主要是对比ＰＬ或ＣＬ来分析发光二极管（ＬＥＤ）材 料中不同区域内发光情况，用于产品质量检验。 １１．磁共振 一、核磁共振： 应用： 二、电子顺磁共振（ＥＰＲ） 应用：用于研究固体杂质和点缺陷的局域电子态，确定晶体局部对称性
１２.核物理方法 一、穆斯堡尔谱 穆斯堡尔效应：１９５７年，穆斯堡尔发现：固体中的某些放射性原子 核有一定的几率能够无反冲地发射γ射线， γ光子携带了全部的核跃迁 能量。而处于基态的固体中的同种核对前者发发射的γ射线也有一定的 几率能够无反冲地共振吸收，这种原子核无反冲地发射或共振吸收γ射 线的现象就称为穆斯堡尔效应。
应用：物相分析，非晶固体研究，固体表面及界（８００字以上） ２．你研究工作中可能要使用的测试仪器以 及你使用过的仪器制备测试样的心得。（５００字以上） ａｈｈｆｙｕａｎｘｙ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
拉曼光效和红外光效振动模式在方解石中的分类
拉曼光效和红外光效是两种不同的光学效应，它们都可以用来研究物质的振动模式。
拉曼光效是指在物质中发生的振动模式对拉曼光谱产生影响的现象。
拉曼光谱是利用拉曼散射原理测量物质的振动模式的方法。
在方解石中，拉曼光效通常与共振拉曼散射有关，这种散射是由于物质中的振动模式与拉曼光谱的激发光的频率相匹配而产生的。
红外光效是指在物质中发生的振动模式对红外光谱产生影响的现象。
红外光谱是利用红外吸收原理测量物质的振动模式的方法。
在方解石中，红外光效通常与振动模式有关，这些振动模式可以通过红外光谱的吸收频率来测量。
总的来说，拉曼光效和红外光效都可以用来研究方解石中的振动模式，但它们使用的方法不同，拉曼光效是利用拉曼散射原理测量振动模式，而红外光效是利用红外吸收原理测量振动模式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
IR spectra of the pentacene films on 11 J=cm2 and 320 J=cm2 exposed Azo-PI. (c) LPL
exposure dependence of DR (A /A ) of the Azo-PI films (1370 cm-1 band) and the pentacene
Anti-Stokes 1st order
Stokes 2nd order
-500
0
500
1000
Raman Shift (cm-1)
更全面了解Raman Spectrum
红外和Raman光谱的比较
电磁波波段
红外光波段
红外和Raman光谱测量
红外光谱仪光路示意图
红外谱仪中使用的元器件
红外测量最主要的特点是特殊元件的需要，包括光源、 分光元件和光学窗口等。（大多数材料对红外光有强 烈的吸收）
• 非色散法多用于特定的检测。例如用于气体的分析等。 优点是方便使用，缺点是参数变动困难。
• 针对特殊的样品和特殊的需要，有很多特殊的红外测 量方法。如光电导法、辐射量热法、光声光谱法、光 热光谱法、反射式、内反射式、消逝波式等
反射测量方法
光学常数之间彼此不是独立的，通过一组光学常数的测定可 以得到另外的光学常数。而K-K关系告诉我们，一组光学常 数也不是彼此独立的。
First order-allowed Raman Gband for supported nGL films vs number of layers n.
Nano Lett., 6 (12), 2667(06)
In situ probing of biological structures by SHINERS.
Science, 346, 1352(2014)
Fig. 4 Various ultrasmooth metallic and metal-graphene nanostructures made by LSI with enhanced electromagnetic and optical properties.
films (905 cm-1 band).
(Phys. Rev. Lett., 101, 236103 (2008))
High-frequency first- and second-order micro-Raman spectra of nGL films supported on a SiO2:Si substrate and HOPG
红外内反射测量方法
光电导方法和量热法
• 光源：钨灯用于近红外、电热棒用于中红外、高压水 银弧光灯用于远红外波段。（同步辐射光源）
• 分光元件——反射式光栅 • 红外光学窗口和反射式光学元件
FT-IR谱仪基本框图
FT-IR谱仪的基础——Michelson干涉仪
单色光入射，干涉强度的变化
两列单色光1 、2入射，干涉强度的变化
普通光入射后，干涉强度的变化
传统红外光谱仪和FTIR谱仪特点
• 传统透射式红外谱仪适合中红外波段应用。
• FTIR谱仪更适合在远红外波段应用，但现在也已经普 遍应用于中红外波段。
• FTIR使用的光学元件较少，不用狭缝，因此光通量大。 此外，测量比较节约时间。
其它红外光谱测量方法
• 红外光谱的测量有很多方法，这些方法可分为：色散 法、FTIR和非色散法（滤波法）。
F Yang et al. Nature 510, 522-524 (2014) doi:10.1038/nature13434
Characterizations of SWNTs nucleated on catalyst nanoparticles.
F Yang et al. Nature 510, 522-524 (2014) doi:10.1038/nature13434
JF Li et al. Nature 464, 392-395 (2010) doi:10.f ringwoodite inclusion in Juína diamond JUc29.
DG Pearson et al. Nature 507, 221-224 (2014) doi:10.1038/nature13080
红外和Raman光谱学
第一章：红外和Raman光谱介绍
• 什么是红外光谱？什么是Raman光谱 • 红外谱仪和 Raman谱仪 • 红外光谱和Raman光谱方法的特点 • 红外光谱和Raman光谱研究的基本问题
红外和Raman光谱举例
Characterizations of SWNTs grown at 1,030 °C.
Reaction of sMMO with O2.
R Banerjee et al. Nature 000, 1-4 (2015) doi:10.1038/nature14160
(a) Polarized IR spectra of the Azo-PI film with a LPL exposure of 320 J=cm2. (b) Polarized
Huang Gao et al. Science 2014;346:1352-1356
Published by AAAS
Raman spectra of ringwoodite and walstromite inclusions in Juína diamond JUc29.
DG Pearson et al. Nature 507, 221-224 (2014) doi:10.1038/nature13080
Raman Spectrum of Si (300 K)
Raman Intensity (a.u.)
Rayleigh (Elastic) Scattering
Actually the effect is MUCH stronger
than Raman scattering
Stokes 1st order