拉曼光谱分析
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是光谱学中重要的一个分支，主要研究物质中原子结构的组成和构型结构，利用拉曼散射原理分析物质对广谱激发源的散射反应。
拉曼光谱分析方法被广泛应用于分子的结构异质性研究、环境材料的测定、有机合成反应机理的研究、可见光和红外区域的分子性质的研究等方面。
拉曼光谱的分析方法包括多种，其中最常用的是红外-可见拉曼光谱(IR-vis Raman spectroscopy)，这种技术在各种分析应用中都十分有效、稳定。
拉曼光谱分析可以在多种范围内提供良好的空间分辨率、时间分辨率和动态分析性能，且结果可靠。
拉曼光谱分析主要以拉曼光谱仪为仪器，以激发源、解调装置、光谱检测器、数据处理系统等组成，可进行对不同物质的定量分析。
拉曼光谱的研究方法有许多，其中最常用的是拉曼显微镜的应用，这种方法可以使显微样品中的全部结构特征得到清晰的绘制，拉曼显微镜可用来分析单分子及结构光谱学研究、微量物质成份及结构研究以及其他有机和无机分析等领域。
另外，还有拉曼聚焦显微镜，它是结合传统的拉曼光谱技术和显微成像技术的一种有效的组合，可以同时采集拉曼光谱和显微图像，这在分析特定位置的光谱特征方面有很大的用处，这类技术的系统也可以应用于生物样本的光谱探测分析，可以获得更为精确的结果。
拉曼光谱分析技术也在电化学领域发挥了重要作用，利用拉曼光谱技术可以快速准确地测定电化学反应物质中各种元素的含量，这种方法被用来研究聚合物材料及其电化学性质。
拉曼光谱分析在研究物质化学结构和性质的领域中发挥重要的作用，同时也在生物医学方面被广泛应用，可用来对细胞核基因组和细胞膜的化学特性进行研究，帮助科学家解释复杂的细胞过程。
总之，拉曼光谱分析是光谱学的一种重要技术，它可以提供准确的结果，在生物、物理等多个领域都有重要的应用，未来仍将有更大的发展前景。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种非侵入性的光谱技术，通过对物质分子的振动模式进行分析，可以快速、准确地确定样品的组成。
本文将对拉曼光谱分析的原理、应用和进展进行介绍。
拉曼光谱分析的原理基于拉曼散射效应，该效应是指当入射光与物质发生相互作用时，一部分光通过散射的方式改变了频率。
这种散射光称为拉曼散射光，其频率与样品分子的振动和转动状态有关。
通过对拉曼散射光的分析，我们可以得到所谓的拉曼光谱。
在拉曼光谱中，有两个重要的参数需要注意，即拉曼频移和拉曼强度。
拉曼频移是指散射光频率与入射光频率之差，而拉曼强度则反映了散射光的强弱。
拉曼光谱的应用非常广泛。
首先，它可以用于物质的结构鉴定和分析。
对于无机物质和有机分子，拉曼光谱可以提供它们的分子振动信息，从而确定其结构和成分。
此外，拉曼光谱还可以用于药物分析、食品安全检测、环境监测等领域。
在药物分析中，拉曼光谱可以用于快速鉴定药物的成分和纯度。
通过比较样品的拉曼光谱与已知药物的光谱数据库，我们可以确定样品中的主要成分。
这对于药品的质量控制和合理使用非常重要。
在食品安全检测中，拉曼光谱可以用于检测潜在的有害物质，如农药残留、食品添加剂、毒素等。
相比传统的检测方法，拉曼光谱不需要对样品进行破坏性处理，具有非侵入性和快速分析的优势。
在环境监测中，拉曼光谱可以用于检测水、空气、土壤等环境样品中的污染物。
由于拉曼光谱技术可以实时、无损地进行分析，它被广泛应用于环境监测、灾后评估等领域。
随着科技的进步，拉曼光谱分析技术也在不断发展和完善。
一方面，随着光学元件和光谱仪器的改进，现代拉曼光谱系统的灵敏度和分辨率不断提高。
另一方面，人们还在不断开发新的方法和算法，以提高拉曼光谱分析的准确性和效率。
目前，有许多研究正在进行中，以应对拉曼光谱分析中的挑战。
例如，一些研究人员正在探索使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术，以提高低浓度样品的检测限。
另外，还有一些研究致力于利用人工智能算法对大量的拉曼光谱数据进行处理和分析，以实现自动化和高通量分析。
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。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析是一种用来研究物质的结构和化学成分的非破坏性分析技术。
它基于拉曼散射现象，当光线与物质相互作用时，部分光子会散射，并且传播方向和频率发生变化。
这种散射光的频率变化可以揭示出物质的分子振动模式和结构信息。
在拉曼光谱分析过程中，通过激光器发射的单色光源照射到样品上，样品表面会产生散射光。
收集和分析散射光的频率和强度变化，可以确定物质的成分、结构以及其他化学信息。
拉曼光谱分析具有许多优点，例如：它是一种非破坏性的方法，对样品的处理和准备要求较低；它可以在常温下进行，不需要复杂的实验条件；它可以针对不同类型的物质进行分析，包括有机物、无机物和生物物质等；同时，拉曼光谱也是一个定性和定量分析的方法，可以提供关于物质成分和浓度的信息。
因此，拉曼光谱在材料科学、化学、生物学、医学等领域得到了广泛的应用，例如用于鉴定和鉴别物质、监测化学反应的进展、研究纳米材料的性质等。
拉曼光谱分析法
3）环状化合物的对称呼吸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=C=O-这类键 的对称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振 动是弱谱带。红外光谱与此相反。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
Infrared and Raman Spectra of Benzene
IR
Raman
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光 谱 范 围 40-4000C m -1
光 谱 范 围 400-4000C m -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 需要研磨制成 KBR 压片
• spectrum independent of excitation wavelength (488, 632.8, or 1064 nm)
Spectrum of CCl4, using an Ar+ laser at 488 nm.
Raman Spectroscopy
Another spectroscopic technique which probes the rovibrational structure of molecules. C.V. Raman discovered in 1928; received Nobel Prize in 1931. Can probe gases, liquids, and solids. Must use a laser source for excitation. Resurgence in recent years due to the development of new detectors with improved sensitivity. Shift back away from FT-Raman to dispersive Raman with multichannel detector systems.
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种基于光谱仪技术的分析方法，通常用于分析分子结构，研究物质的组成成分，识别有机和无机化合物。
拉曼光谱是物质中分子键的动力学反应的结果。
当分子键之间的应力改变时，分子中的电子会从一种能量状态转变到另一种能量状态，这时会有光谱信号产生。
通过对拉曼光谱的研究，可以了解分子的结构及分子内的化学键的特性，从而完成分子结构鉴定等实验。
拉曼光谱分析的主要原理是，当物质由较低能级到较高能级时，由于能量平衡要求，物质发出拉曼谱线，用以表示分子结构的特征。
由于当物质进入较低能级时，物质发出的拉曼谱线比较弱，因此，传统的拉曼光谱分析需要用特殊的仪器，如电子光谱仪和质谱仪，来获取分子结构的特异性信号，然后用统计学方法对信号进行处理以获取拉曼光谱。
拉曼光谱分析具有一些独特的优点，如灵敏度高、量程可调，可以用于检测微量样品中的化合物。
它可以用于检测复杂结构物质，如生物分子等，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量。
此外，拉曼光谱分析可用于检测吸收形式的化学反应。
因此，拉曼光谱分析是不可缺少的实验技术，在分析有机化合物结构、研究物质组成成分、鉴定有机物等方面被广泛应用。
拉曼光谱分析是一种非常重要的分析技术，它可用于研究分子结构、分析有机化合物的组成成分和鉴定有机物，在分子结构的研究中发挥着重要作用。
它的灵敏度高、量程可调，可用于检测微量样品中的化合物，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量，并且可用于研究复杂结构物质，因此得到了更广泛的应用。
总之，拉曼光谱分析是一种重要的实验技术，它是一种既高灵敏又量程可调的分析技术，可以用来分析物质的组成成分、识别有机物和无机物，也可以用来研究分子的结构特征，并定量分析分子中的各种元素含量，是研究分子结构和检测化合物定量分析的重要工具。
【2024版】拉曼光谱分析法--ppt课件
优 滤光片组
检测系统
Nd-YAG激光光源
点 ➢ 荧光背景出现机会小
➢ 分辨率高 ➢ 波数精度和重现性好 ➢扫描快，操作方便 ➢近红外光的特性（光纤维中传递性能好、可穿透生物组织）
PPT课件
29
✓近红 外激光 光源
Nd-YAG激光器代替可见光激光器； 产生1.064μm近红外激发光，比可见光 长约1倍，影响信噪比，FT技术克服； 激发光能量低于荧光所需阈值。
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电
2动 子
1 0
能 级
基 态
e e
Rayleigh 散射 PPT课件
Raman 散射 8
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
PPT课Δ件ν/cm-1
9
CCl4的拉曼光谱
适用于分子结构分析
PPT课件
11
3、拉曼光谱与分子极化率的关系 拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
若分子在电场E（光波的电磁场）中，产生诱导偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
反映了分子中电子云 变形的难易程度
分子极化率是诱导偶极矩与外电场的强度之比
分子中两原子距离最大时，α也最大
拉曼散射强度与极化率成正比例关系
➢干涉滤光片组，由折射率高低不同 的多层材料交替组合而成。
✓检测器
➢室温下的铟鎵砷检测器 ➢液氮冷却的锗检测器
PPT课件
31
三、激光显微拉曼光谱仪
使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位 （直径小至5 μm ），可精确获取所照射部位的拉 曼光谱图。 ➢ 共焦显微激光拉曼光谱仪（使用CCD检测器）： 显微镜的物镜和目镜的焦点重合于一点，排除了非 焦点处组分对成像的影响，可显示微区的不同深度 和三维结构信息。 ➢ 激光拉曼光纤探针：光导纤维传感技术与显微镜 耦合而成，可对远距离、特殊环境中试样的拉曼散 射进行原位遥感探测。
拉曼光谱分析
拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种测量物质的光谱分析技术，它可以研究物体表面或内部的结构，从而确定它们的组成成分。
拉曼光谱分析是分析物质结构与物理性质之间关系的一种重要方式，其应用已遍及分子生物学、纳米材料学、材料科学、纳米电子学、化学物理学等领域。
拉曼光谱分析是使用拉曼光谱仪记录目标物质拉曼散射光谱的一种分析方法。
拉曼散射是一种光学现象，当电子在物质中移动时，它们试图抵抗外界的能量的冲击，从而产生量子振荡，这就是拉曼光谱。
拉曼光谱分析主要通过对拉曼光谱的分析，来研究给定物质的结构和性质之间的关系，也可以分析物质中的激发态，从而识别物质的组成及其结构特征。
拉曼光谱分析基本原理可以归结为外界的光谱刺激与物质的拉曼散射之间的相互作用。
拉曼散射的发生被定义为由物质激发而产生的能量损失，外界刺激的光谱能量消耗是有限的，因此其在拉曼散射的物质上的散射可以失去一部分能量，由此，可以计算出物质中激发态的能量损失。
从而根据光谱散射的一般规律，可以计算出物质中激发态的能量分布，从而确定物质组成成分。
拉曼光谱分析有很多优点：首先，它只需要一个小而简单的拉曼光谱仪，就能大量的分析物质结构，可以清晰的了解到物质的结构信息；其次，拉曼光谱分析与其他分析方法相比，分析周期较短，耗费较少；最后，拉曼光谱分析可以准确无误地测量物质的结构组成及其相关性质。
然而，拉曼光谱分析并不是完美的，它也存在一些缺点：首先，拉曼光谱仪较为昂贵，是一种典型的大型仪器，增加了实验成本；其次，拉曼光谱分析也受不同物质的表面形态的限制，无法清晰的获取低比表面状态的信息；最后，拉曼光谱分析中的仪器稳定性较差，需要经常的校正和维护。
虽然拉曼光谱分析存在一定的局限性，但是它仍然是一种非常有效的物质结构分析技术，应用广泛，有助于我们进一步深入理解物质的结构性质，找到有效的分析方法。
因此拉曼光谱分析在这些领域有着重要的地位，对未来研究者起到重大的作用，有助于促进物质领域的发展。
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。
拉曼光谱分析技术ppt课件
Δν/cm-1
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不 能用实际的上能级来解释，玻恩和黄昆用虚的上能级概念 说明拉曼效应。
假设散射物分子原来处于电子基态，振动能级如上图所示。当 受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起极化可以 看作虚的吸收，表述为跃迁到虚态虚能级上的电子立即跃 迁到下能级而发光，即为散射光。存在如图所示的三种情 况，散射光与入射光频率相同的谱线称为瑞利线，与入射 光频率不同的谱线称为拉曼线。
1.2 拉曼光谱技术的优越性
提供快速、简单、可重复且更重要的是无损伤的定性 定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探 头或者通过玻璃、石英和光纤测量。此外
1） 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水 溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。
2） 拉曼光谱一次可同时覆盖50-4000波数的区间， 可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱 覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波 器和检测器
(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、 透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用来 测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦，因 而极微量样品都可测量。
(2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。 但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接进 行测量，这对生物大分子的研究非常有利。
(3)对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则的 限制较小，因而可得到更为丰富的谱带。S—S，C—C， C=C，N=N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号 较为强烈。
拉曼光谱研究高分子样品的最大缺点是荧光散射 。
第5章拉曼光谱分析法
第5章拉曼光谱分析法拉曼光谱分析法是一种基于拉曼散射原理的光谱分析技术。
该技术利用物质分子产生的拉曼散射光谱，通过测定光谱的频移来分析样品的成分和结构信息。
相比于传统的红外光谱分析法，拉曼光谱分析法具有高分辨率、非破坏性等优点，因此在各个领域得到了广泛应用。
拉曼光谱的基本原理是：当物质受到入射光的作用后，部分光子的能量被物质分子吸收，并在分子的振动和转动过程中增加或减少了能量，此时吸收光谱已经发生了位移。
通过分析这种能量的位移，可以获取样品的结构和成分信息。
通过拉曼光谱分析法，可以对各种物质进行非破坏性的分析。
例如，在化学领域，可以利用拉曼光谱分析法来确定化学反应中的中间产物和催化剂，以及分析有机化合物的结构。
在生物领域，可以用来研究生物分子之间的相互作用和结构变化。
在材料科学领域，可以分析材料的晶格结构和缺陷情况。
在环境领域，可以用来分析水和空气中的污染物。
拉曼光谱分析法的实施一般需要一个拉曼光谱仪。
这种仪器由激光系统、照射样品的光学系统、通过光学系统收集和分析拉曼散射光的系统以及数据处理系统组成。
首先，激光器产生一个单色激光束，照射到样品上。
样品散射的光经过光学系统聚焦到检测器上，并通过光电倍增管转化为电信号。
最后，数据处理系统会对电信号进行处理，得到拉曼光谱图。
在拉曼光谱分析法中，有两种常用的技术：常规拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）。
常规拉曼光谱的灵敏度较低，需要较高的浓度才能获得良好的信噪比。
而SERS可以通过将样品与金属表面接触来放大拉曼信号，因此可以在极低浓度下进行分析。
总之，拉曼光谱分析法是一种高分辨率且非破坏性的光谱分析技术。
它在不同领域中有着广泛的应用，能够为我们提供样品的结构和成分信息。
随着技术的不断进步，相信拉曼光谱分析法将会在更多的领域得到应用。
光谱分析3-拉曼
I 为与激光电矢量相垂直的谱线强度； I 为与激光电矢量相平行的谱线强度。
四、拉曼光谱与红外光谱的互补性
拉曼光谱和红外光谱有互补性： （1）都是振动转动光谱； （2）红外：固有偶极矩
拉曼：感生偶极矩 （3）活性互补
拉曼与红外的互补性
同
同属分子振(转)动光谱
异红：外红：适外用于分研子究对不同红原外子光的极的性吸键收振动 －O强H,度－由C分＝子O，偶－极C距－决X定
§3-1-2 拉曼光谱方法原理
一、 拉曼位移（Raman shift）
Δν=| ν0 – νs |
即散射光频率与激发光频之差 Δv取决于分子振动能级的改变 因此是特征的
与入射光波长无关
适用于分子结构分析
二、 拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，如光波交变电磁场
正
极
电子
负
极
核
p ＝ αE
分子中产生了 感应偶极距p
异拉：曼拉：适曼用于分研子究对同原激子光的的非极散性射键振动 －N－强N度－由, 分－子C－极C化－率决定
拉曼与红外的互补性
O=C=O
对称伸缩
O=C=O
反对称伸缩
偶极矩不变无红外活性 偶极矩变有红外活性 极化率变有拉曼活性 极化率不变无拉曼活性
拉曼与红外的互补性
结构分析：H4C4N4
拉曼C=C 1623 cm-1 强 红外C=C 1621 cm-1 强
激光器作光源，常用如下：
Ar＋
Kr ＋ He/Ne 二极管激光器
488/514 531/647 633
782/830nm
488nm Ar ＋光源的拉曼线强度比He/Ne大约3倍
半导体激光器荧光干扰非常低
波谱学课件——拉曼光谱6Raman
（3）从光的波动性分析拉曼散射的产生
光是电磁波，即它是沿某一方向传播的交变 电磁场。其交变电场可用下式描述：
E=E0cos（2πν′t）
E —在任意t时刻的电场强度； E0—入射光的交变电场强度； ν′为交变电场的频率
样品分子的电子云在交变电场的作用下会诱 导出电偶极矩：
μ=αE
式中 μ—样品分子诱导的偶极矩 E—入射光的交变电场强度 α—分子的极化率（polarizability）
例：
有较大偶极矩 变化的as （-NO2） IR吸收强， Raman谱带弱； 而苯环的骨架 （C=C）极性很 小，出现较强的 Raman谱带和很 弱的IR吸收。
有些谱峰在 两图谱中同时 出现，有些谱 峰只在某一图 谱中出现，两 谱互补，明显 增加了识别和 解释图谱的信 息来源。
Raman光谱适合于研究水溶液体系 水对于红外辐射几乎是完全不透明的，但却是 弱的散射体。这使得拉曼光谱最宜用于研究生 物样品。例：多肽的结构及在水溶液中的构象 测定， Raman光谱可提供重要的信息。
位移是分子振动的特征，是分子振动时极化率发生改 变所致。
（2）从光的粒子性分析Raman散射的产生
光子具有的能量 E=hv h—普朗克常数 v —频率
雷利散射：弹性碰撞，方向改变，能量未变， 散射光的频率也未变； 拉曼散射：非弹性碰撞，方向改变，能量也改 变，光的频率改变；
从分子能级的角度来讨论光子与物质分子的作用
对于结构的变化， Raman有可能比IR更敏感 例如海洛因、吗啡和可待因，三者的主体骨架相 同，仅是环上的取代基有差别。三者的Raman在 600-700cm-1的谱带有明显的不同，1600-1700cm-1 的峰也不同。
FT-Raman光谱也适合做差示光谱 例如要测定片剂中的有效药物成分
第四章拉曼光谱分析
第四章拉曼光谱分析引言：拉曼光谱分析是一项重要的光谱技术，它可以通过测量物质与激光光源相互作用后的散射光谱，获取有关物质结构、化学成分和分子振动等信息。
拉曼光谱分析具有非破坏性、无需样品处理、高灵敏度和非常详细的结构信息等特点，广泛应用于化学、生物、材料和环境等领域。
一、拉曼光谱原理拉曼散射现象是由物质分子受激光激发后的非弹性散射引起的。
当激光光子与物质分子发生相互作用时，发生傅里叶散射和拉曼散射两个过程。
其中，傅里叶散射是由于分子的自由旋转和振动引起的，而拉曼散射则是由于分子振动模式和其它非颤振转模式引起的，具有更加丰富的结构信息。
拉曼散射谱分为拉曼位移和强度两个方面。
拉曼位移是指拉曼散射光子相对于激发光子的频率偏移，由于分子处于不同振动模式时能量差异不同而引起。
拉曼强度则依赖于分子的极化率改变程度，因此可以提供有关分子的结构和振动信息。
二、拉曼光谱分析仪器与实验方法拉曼光谱仪由激光光源、光谱系统和探测器等组成。
常用的激光光源有氦氖激光和固体激光等，光谱系统则包括单色器、样品室和一系列的滤光器和光栅等。
探测器一般采用光电二极管或光电倍增管等，用于测量拉曼散射光的强度。
拉曼光谱实验方法主要有常规拉曼光谱、共振拉曼光谱和表面增强拉曼光谱等。
常规拉曼光谱是最常用的方法，通过对物质直接进行激光照射和拉曼散射测量来获取光谱信息。
而共振拉曼光谱则需要根据所研究物质的能级结构设计合适的激光波长，以增强拉曼信号。
表面增强拉曼光谱则是通过在样品表面引入纳米级的增强剂，如金属纳米颗粒，以提高散射强度。
三、拉曼光谱在化学分析中的应用拉曼光谱在化学分析中具有广泛的应用。
它可以用于物质的鉴别和定性分析，通过对拉曼光谱的特征峰进行比较和匹配，可以确定物质的组成和结构。
此外，拉曼光谱还可用于定量分析，通过建立标定曲线，利用拉曼强度与浓度之间的线性关系，可以测定样品中的目标成分的含量。
同时，拉曼光谱也可以用于反应动力学和过程分析，通过观察拉曼峰的强度变化，可以研究物质的反应过程和动力学参数。
拉曼光谱的分析与拉曼光谱仪
拉曼效应相关参数
• 拉曼峰的强度
拉曼散射强度IR可用下式表达：
IL-激发光强度 ；N-散射分子数 v-分子振动频率 ；v0-激光频率 μ-振动原子的折合质量； α‘a-极化率张量的平均值不变量； γ’a-极化率张量的有向性不变量
IR
24 3
45 32 c4
hILN 0 4 1 eh KT
• 三原子分子情况——三种振动模式：对称伸缩、弯曲变形和不对称伸 缩。
H2O
CO2
18
拉曼效应相关参数
• 红外活性和拉曼活性振动
① 红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性分子存在固有的偶极矩； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子；
eE
r e
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
非极性基团，对称分子；
• 上面简述了分子振动引起的拉曼散射，分子转动也引起拉曼散射。它 来源于一振动能级内转动能级之间的跃迁，是纯转动峰，也可能来源 于不同振动能级间的跃迁，为转动-振动峰。通常只占几个波数，很 窄，但在小的双原子分子的气相状态下，常出现易于分辨测转动和转 动-振动峰。
20
拉曼效应相关参数
• 温度和压力对拉曼峰的影响
• 温度和压力会改变拉曼峰高度、宽度、退偏振率和积分面积。 • 对化学平衡状态的影响。化学平衡的偏移讲引起试样真实成分的变化； • 振动非等效构象子之间的平衡与温度和压力都有关，观察到的拉曼光
谱是各个构象子以他们相对浓度作权重相加的总和； • 温度和压力引起试样折射率、密度或相转变会导致拉曼光谱发生变化； • 施加于晶体上的不均匀压力将使晶格发生扭曲； • 试样温度的变化将导致振动和转动激发态数目的变化。 • 增大压力或提高温度使分子碰撞率增大，将导致拉曼峰变宽。
激光拉曼光谱分析法
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。
拉曼光谱分析
进一步，由于拉曼光谱的一些特点，如水和玻璃的散射 光谱极弱，因而在水溶液、气体、同位素、单晶等方面的应用 具有突出的优点。
生物大分子的拉曼光谱研究
生物大分子中，蛋白质、核酸、磷脂等是重要额生命基础物质，研 究它们的结构、构像等化学问题以阐明生命的奥秘是当今极为重要的研 究课题。应用激光拉曼光谱除能获得有关组分的信息外，更主要的是它 能反映与正常生理条件（如水溶液、温度、酸碱度等）相似的情况下的 生物大分子分结构变化信息，同时还能比较在各相中的结构差异，这是 其他仪器难以得到的成果。
去偏振度) 表征分子对称性振动模式的高低。
I
I∥
(6-17)
式中I⊥和 I// ——分别代表与激光电矢量相垂直和相平行的谱线的强度。
＜3/4的谱带称为偏振谱带，表示分子有较高的对称振动模式； =
3/4的谱带称为退偏振谱带，表示分子的对称振动模式较低，即分子是不对称 的。
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
分子结构模型的对称因素决定了选择原则。比较理论结果与实际测量的 光谱，可以判别所提出的结构模型是否准确。这种方法在研究小分子的结构 及大分子的构象方面起着很重要的作用。
拉曼光谱在材料研究中的应用
高分子的红外二向色性及拉曼去偏振度
激光拉曼散射光谱法
NH 伸 缩 振 动 (3300cm-1)
垂直于拉伸方 向取向
CH2伸缩振动 (3000～ 2800cm-1)，垂 直于拉伸方向 取向
第5章_拉曼光谱分析法
第5章_拉曼光谱分析法拉曼光谱分析法是一种基于光散射现象的分析方法，利用样品与激光束相互作用产生的散射光谱进行定性和定量分析。
它具有非接触、无损、无需特殊处理样品等优点，可以广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域。
拉曼光谱是一种特殊的光散射现象，它是指当光线通过样品时，与样品中的分子或晶体发生相互作用，产生了与入射光不同频率的光线。
这种频率差异所产生的光谱称为拉曼光谱。
拉曼光谱的频率差值与样品的化学成分和结构有关，因此可以通过分析拉曼光谱来确定样品的组成和结构信息。
拉曼光谱分析法的原理是基于拉曼散射的特点。
当激光束照射到样品上时，部分光会被样品吸收，其余部分则会发生拉曼散射。
拉曼散射有两个主要成分：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情况，而反斯托克斯散射是指散射光的频率高于入射光的情况。
拉曼光谱分析主要包括拉曼散射光谱的测量和数据的处理与解析两个步骤。
在测量过程中，首先要选择合适的激光源和光谱仪器，激光的选择应该能够激发样品的拉曼散射，并且要避免与样品产生共振散射的情况。
光谱仪器则需要具备高分辨率和高灵敏度，以获取清晰的拉曼散射光谱。
数据的处理与解析是拉曼光谱分析的关键步骤。
首先需要对所得的拉曼光谱进行预处理，包括去除背景噪声、波峰的校正和峰的归一化等。
然后可以通过对光谱进行拟合和峰的分析来获得样品的组成和结构信息。
常用的数据处理方法包括主成分分析、偏最小二乘法和支持向量机等。
拉曼光谱分析法在材料科学领域有着广泛的应用。
例如，可以利用拉曼光谱分析法对纳米材料的大小、形状和晶格结构进行表征；可以通过拉曼光谱分析法对药物的纯度和杂质进行检测；可以利用拉曼光谱分析法对生物标志物进行快速识别和检测等。
此外，拉曼光谱也可以应用于环境监测、食品安全和法医学等领域。
综上所述，拉曼光谱分析法是一种非常有价值的分析手段，它通过测量样品的拉曼散射光谱来获得样品的组成和结构信息。
它具有非接触、无损、无需特殊处理样品等优点，可以应用于多个领域。
第八讲拉曼光谱分析
拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基 态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此， 与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
6
拉曼原理
拉曼活性： 并不是所有的分子结构都具有拉曼活性的。分子振动
40
晶粒度影响
利 用 晶 粒 度 对 LRS 散 射 效应导致的位移效应， 还可以研究晶粒度的信 息
41
晶粒度的影响
8nm 152 85nm 147
42
新型碳物种的研究
有机碳 无机碳：无定型，石墨，石墨烯，类金刚石，金刚石，
C60，碳纳米管，无机碳化物等
43
新型碳物种研究
44
45
46
拉曼散射的产生与分子的极化率α有关系 α是衡量分子在电场作用下电荷分布发生改变的难易程度，或诱导偶极 距的大小，即单位电场强度诱导偶极距的大小。 散射光与入射光频率的差值即是分子的振动频率
5
拉曼原理
拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差 Δν统称为拉曼位移。
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
26
FT拉曼光谱
采用Nd：YAG激光器，波长为1.064μm的近红外线激发， 其特点是激发源的能量低于荧光激发所需要的阈值，从而 避免了大部分荧光对拉曼光谱的干扰。扫描速度快，分辨 率高。
第章拉曼光谱分析法
第章拉曼光谱分析法
拉曼光谱分析法是一种利用拉曼散射原理来分析物质的技术，该技术总体上包括拉曼散射理论、拉曼光谱仪、拉曼仪的操作以及拉曼数据处理分析等。
拉曼光谱分析法是一种用以研究物质的形态（组成、结构构型）及其元素组成的实验技术，特点是测量灵敏、精确、可靠，常用于科学研究、工业诊断、认证检测等方面。
拉曼光谱分析的基本原理是，拉曼散射是指立方体晶格中由轻重原子相互作用产生的光谱，其中，轻的原子作用力更大，作用于质量更轻的原子，产生构成材料的能量状态特征，因此可以利用拉曼光谱仪测量出物质的拉曼散射特性。
拉曼光谱仪的工作原理在于把光源的辐射能量分解为各个波长段的能量，然后将其发射到样品表面。
样品表面受到入射光能量的作用后，会将此辐射能量分解为特定的拉曼散射线，其中拉曼散射线的波长小于原始光源的波长。
拉曼光谱仪探测到的拉曼散射线特性将会反映物质的组成及结构特征，因此可以利用拉曼光谱仪进行精确的物质分析。
拉曼光谱仪一般由拉曼激发源、光学系统、拉曼检测装置和数据处理系统等几部分组成。
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U1000 T64000 HR 800
Aramis XPloRA
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2-什么是拉曼光谱?
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时间和发现人
1928 年，印度科学家C.V Raman in首先在CCL4光谱 中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长 会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色 发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信 息，因此这种效应命名为Raman效应。
-1
1 500
2 000
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D-band
Info on defects
高分辨率实验结果
x10 3 40 35 30 25 20 15 10
LabRAM HR普通分辨率 LabRAM HR高分辨率模式
Intensity (cnt)
北京-拉曼光谱仪应用中心
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核心技术 : 衍射光栅
等离子刻蚀全息光栅
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光谱仪的心脏——光栅
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瑞利散射
散射光 弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射） lscatter= llaser
llaser
拉曼散射
lscatter> llaser
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拉曼散射原理
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1-公司简介
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1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleil 1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvon 1997: HORIBA acquired Jobin Yvon 2004: ― One Company Project ‖ , Jobin Yvon became
OH stretching
00 500
500
1000
1000
1500
1500
2000
2000
2500
2500
3000
3000
3500
3500
ni = no-n (cm-1)
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不同碳材料的拉曼光谱
同样元素 不同结构
GC: Glassy Carbon DC: Disordered Carbon µG: microcrystalline Graphite G: Graphite D: Diamond
[1] Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)5321 –5326.
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SiC 晶型分布
-25 000 -20 000
-15 000
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
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什么是拉曼散射?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
HORIBA Jobin Yvon
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报告内容
1-公司简介 2-什么是拉曼光谱技术 3-拉曼光谱仪工作原理 4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念 5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍
应力测量
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蓝宝石衬底上的GaN的应力分布
左图的颜色条给出该GaN样 品的E2模相对于体相GaN中该 拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏 移量。
仪器： LabRAM HR
激发波长：514nm
光栅： 1800gr/mm
吉林大学样品
7 000 6 000
红色：普通分辨率结果 兰色：高分辨率结果
CaCO3-1800 CaCO3-600
CaCO3-1800 CaCO3-600
5 000
Intensity (cnt)
4 000
3 000
2 000
190 200 210
Raman Shift (cm-1)
220
230
240
D-band
Info on defects
石墨烯的拉曼光谱
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石墨烯的拉曼光谱成像
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高温原位拉曼测试
可观察到强烈 的黑体辐射
2010年12月摄于西安交通大学
拉曼是物质的指纹光谱
20000 20000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
Intensity (A.U.)
15000 15000
CH3 Stretching Modes
10000 10000
CCO modes
5000 5000
Skeletal Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
穿透深度 (nm)
00
325nm
458nm
488nm
00 350 400 450 500 -1 Raman Shift (cm ) 550
非晶硅 单晶硅
9.4 8.2
53 456
81 717
*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得
感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。
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1 000
0 200 400 600 800 1 000 Raman Shift (cm -1 ) 1 200 1 400 1 600 1 800
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不同分辨率测量应力实验结果
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3-拉曼光谱仪的工作原理
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拉曼光谱测量原理
探测器 光栅
滤光片 激光
样品
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Tube Diameter
2.5
Electronic properties
Intensity (cnt/sec)
2.0
Radial Breathing Mode
1.5 1.0
0.5
0.0 500 1 000
Raman Sh ift (cm )
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全系列拉曼光谱仪
Detector plane
l1 Detector plane l2 F1=300mm
—多种焦长仪器可选择
l1
l2 F2= 800mm
U1000 T64000 HR 800
Aramis XPloRA
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LabRAM HR
(高分辨拉曼光谱仪)
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5 120 140 160 180 200 220 240 260
Raman Shift (cm-1)
Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diameters
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碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Tube Diameter
2.5
Electronic properties
Intensity (cnt/sec)
2.0
Radial Breathing Mode
1.5 1.0
0.5
0.0 500 1 000
Raman Sh ift (cm )
分辨率高 标定峰位峰面积更准确
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分辨率高 数据点多 描述峰位准确
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