电化学拉曼光谱技术(20050402)
拉曼光谱法
拉曼光谱法0421拉曼光谱法1拉曼光谱法是研究化合物分子受光照射后所产生的散射，散射光与入射光能级差及化合物振动频率、转动频率间关系的分析方法。
与红外光谱类似，拉曼光谱是一种振动光谱技术。
所不同的是，前者与分子振动时偶极矩变化相关，而拉曼效应则是分子极化率改变的结果，被测量的是非弹性的散射辐射。
拉曼光谱采用激光作为单色光源，将样品分子激发到某一虚态，随后受激分子弛豫跃迁到一个与基态不同的振动能级，此时，散射辐射的频率将与入射频率不同。
这种“非弹性散射”光被称之为拉曼散射，频率之差即为拉曼位移（以cm-1 为单位），实际上等于激发光的波数减去散射辐射的波数，与基态和终态的振动能级差相当。
频率不变的散射称为弹性散射，即所谓瑞利散射。
如果产生的拉曼散射频率低于入射频率，则称之为斯托克散射。
反之，则称之为反斯托克散射。
实际上，几乎所有的拉曼分析都是测量斯托克散射。
用散射强度对拉曼位移作图得到拉曼光谱图。
由于功能团或化学键的拉曼位移与它们在红外光谱中的吸收波数相一致，所以谱图的解析也与红外吸收光谱相同。
然而，通常在拉曼光谱中出现的强谱带在红外光谱中却成为弱谱带甚至不出现，反之亦然。
所以，这两种光谱技术常互为补充。
拉曼光谱的优点在于它的快速，准确，测量时通常不破坏样品（固体，半固体，液体或气体），样品制备简单甚至不需样品制备。
谱带信号通常处在可见或近红外光范围，可以有效地和光纤联用；这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质（如玻璃，塑料内）或将样品溶于水中获得。
现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快（几秒到几分钟），性能可靠。
因此，拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便（可以使用单变量和多变量方法以及校准）。
除常规的拉曼光谱外，还有一些较为特殊的拉曼技术。
它们是共振拉曼光谱，表面增强拉曼光谱，拉曼旋光，相关-反斯托克拉曼光谱，拉曼增益或减失光谱以及超拉曼光谱等。
其中，在药物分析应用相对较多的是共振拉曼和表面增强拉曼光谱法。
化学反应机理中的拉曼光谱技术研究
化学反应机理中的拉曼光谱技术研究化学反应机理的研究有助于我们深入了解化学反应中发生的变化和相互作用。
而拉曼光谱技术作为一种非侵入性的表征手段，成为了研究化学反应机理的重要工具。
本文将介绍拉曼光谱技术在化学反应机理研究中的应用及其独特的优势。
一、拉曼光谱技术的基本原理和特点拉曼光谱技术是一种基于分子振动引起的光散射现象进行分析的光谱技术。
它的基本原理是当光束照射到样品上时，与样品中的分子发生相互作用，部分光会散射，并且散射光的频率和入射光的频率有所差异，这种差异即为拉曼散射。
通过测量拉曼散射光的频移，可以获得物质的分子振动信息，从而了解物质的化学组成和结构。
拉曼光谱技术具有以下特点：1. 非侵入性：采用非破坏性的检测方式，不需要对样品进行特殊处理或破坏性分析，可以在不破坏样品的情况下进行实时监测。
2. 高灵敏度：能够对微量样品进行分析，灵敏度可以达到ppm（百万分之一）乃至ppb（十亿分之一）的级别，可以监测到物质的微弱变化。
3. 宽波长范围：可以在可见光和近红外光的范围内进行测量，适用于多种化学物质和样品。
4. 数据信息丰富：拉曼光谱技术可以提供从化学成分、分子构型到结构活性相关的信息，有助于解析化学反应的机理和过程。
二、拉曼光谱技术在化学反应机理研究中的应用1. 确定反应产物和中间体：通过拉曼光谱技术可以对反应体系中的物质进行快速和准确的测定，识别化学反应的内容和产物，帮助了解化学反应机理。
2. 解析反应机理：拉曼光谱技术可以获得分子的振动信息，提供了结构信息，有助于推断反应机理和反应路径。
通过观察拉曼光谱的变化，可以了解各参与基团的化学键的形成、断裂、变化等情况。
3. 研究反应动力学：通过监测拉曼光谱的变化，可以实时研究反应的动力学变化，了解反应速率、反应活化能等参数，从而对反应过程有更深入的认识。
4. 监测晶体生长：拉曼光谱技术还可用于研究晶体生长过程中的化学反应机理。
通过观察晶体表面和晶体内部的拉曼光谱变化，可以了解晶体的形成机制和生长过程中的化学反应变化。
拉曼光谱和拉曼光谱术
拉曼光谱和拉曼光谱技术Raman spectrum and Raman spectroscopy 拉曼光谱的峰强度与相应的分子浓度成正比，拉曼光谱也能用于定量分析。
拉曼光谱一般不触及试样，也不必对试样作任何修饰，能穿过由玻璃、宝石或塑料制成的透明容器或窗口收集拉曼信息。
在工业生产中，不必预先作试样准备处理是选用拉曼光谱术而弃用其它更成熟分析技术的主要原因。
人们偏向拉曼技术的其它原因还在于维持费用低，具有其它分析技术所不具备的特有分析能力以及拉曼光谱术和红外光谱术的互补特性。
拉曼散射光的强度并不是在所有的方向都相等的。
所以讨论拉曼散射光的强度必须指明入射光传播方向与所检测的拉曼散射光之间的角度。
通常在与入射光方向成90。
或者180。
的方向上观测拉曼散射。
这些散射几何分别称为直角散射和背散射。
温度和压力对拉曼峰的影响。
水的拉曼峰在3300cm-1-3400cm-1。
凝聚相试样拉曼光谱的峰通常有5cm-1-20cm-1宽，气相拉曼峰比较窄。
定量分析和定性分析应用拉曼光谱术作定量分析的基础是测得的分析物拉曼峰强度与分析物浓度间有线性比例关系。
分析物峰面积（累积面积）与分析物浓度间的关系曲线是直线。
这种曲线称为标定曲线。
通常对标定曲线应用最小二乘方拟合以建立方程式，据此从拉曼峰面积计算得到分析物浓度。
影响拉曼峰面积或峰高度的因素不只有分析物浓度，还有其它因素。
例如试样的透明程度和插入收集光系统的薄膜。
所以几乎所有拉曼定量分析方法，在建立标定曲线之前都使用某种类型的内标，以修正这些因素对拉曼峰面积或高度的影响。
有时候，当分析物浓度变化时，试样中所有成分的浓度也发生变化。
这种情况下可使用试样所有成分的总和作内标。
拉曼光谱的噪声及其减除方法拉曼光谱术常遇到的最重要的噪声来源有发射噪声、仪器噪声和背景光。
在波长小于1000nm的拉曼测量中，发射噪声是最主要的噪声。
仪器噪声主要取决于拉曼仪的设计。
而背景光总是拉曼光谱术的潜在的问题，因为拉曼强度是很弱的。
拉曼光谱技术的应用及研究进展
拉曼光谱技术的应用及研究进展一、本文概述拉曼光谱技术，作为一种强大的分子振动光谱技术，自其诞生以来，在化学、物理、生物、材料科学等领域中发挥了重要的作用。
这种技术基于拉曼散射效应，即当光在物质中传播时，会与物质分子发生相互作用，使得光线的方向和频率发生改变。
通过分析这些散射光的频率和强度，我们可以得到关于物质分子振动和转动状态的信息，从而进一步了解物质的组成、结构和性质。
本文将对拉曼光谱技术的应用及其研究进展进行全面的探讨。
我们将概述拉曼光谱技术的基本原理和发展历程，以便读者对其有一个清晰的认识。
然后，我们将详细介绍拉曼光谱技术在不同领域中的应用，包括但不限于化学分析、生物医学、环境监测、材料科学等。
接下来，我们将对近年来拉曼光谱技术的研究进展进行梳理，重点关注其在新材料、新技术和新方法方面的发展。
我们将对拉曼光谱技术的未来发展趋势进行展望，以期能为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。
二、拉曼光谱技术的基本原理拉曼光谱技术是一种基于拉曼散射效应的光谱分析技术。
拉曼散射是光与物质相互作用的一种形式，当光波通过介质时，部分光波的能量会被介质分子吸收并重新辐射，产生散射光。
其中，大部分散射光的频率与入射光相同，这种散射称为瑞利散射；而一小部分散射光的频率则会发生改变，这种散射称为拉曼散射。
拉曼散射光的频率变化与介质分子的振动和转动能级有关，因此，通过分析拉曼散射光谱，可以获得介质分子内部的结构信息。
拉曼光谱技术的基本原理主要包括两个方面：一是拉曼散射的物理过程，二是光谱数据的获取和分析。
在物理过程中，当入射光与介质分子发生相互作用时，介质分子会吸收部分光能并将其转化为分子内部的振动或转动能量，然后重新辐射出散射光。
由于散射过程中能量的交换，散射光的频率会发生变化，这种变化与介质分子的振动和转动能级直接相关。
因此，通过测量散射光的频率变化，可以推断出介质分子的振动和转动状态，从而得到分子的结构信息。
在光谱数据的获取和分析方面，拉曼光谱技术通常使用激光作为入射光源，通过单色仪或干涉仪将散射光按波长或频率分离，然后用光电倍增管或电荷耦合器件等光电探测器检测散射光的强度。
拉曼光谱技术
拉曼光谱技术拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。
拉曼光谱分析法是基于印度科学家C.V.拉曼（Raman）所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。
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（即吸收的能量大于释放的能量），同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子释放频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子（即释放的能量大于吸收的能量），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。
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。
拉曼光谱技术概述及应用
拉曼光谱技术概述及应用姓名:杨海源学号:2011201373摘要随着人们对拉曼光谱技术研究的深入,拉曼光谱在许多领域中得到越来越多的应用。
本文介绍了拉曼光谱检测技术的基本原理及特点，介绍了傅立叶变换拉曼光谱、共焦显微拉曼光谱、表面增强激光拉曼光谱、固体光声拉曼光谱的原理及其应用。
综述了拉曼光谱在食品检测中的应用。
主要介绍了拉曼光谱在生物、医药、材料化学、食品领域的应用。
在许多领域快速检测、质量控制、无损检测等方面，拉曼光谱必将发挥越来越大的作用。
关键词: 拉曼光谱，检测, 应用ABSTRACTWith the development of research of Raman scattering technology, Raman spectroscopy are increasingly employed in Many Fields.This paper introduces the basic principle and characteristics of raman spectroscopy analytical technology, The research development and application of Raman spectroscopy in many yeilds were discussed. The principle and application of FT-Raman，confocal microprobe Raman, surface-Enhance laser-Raman，photoacoustic Raman spectroscopy in solid were summarized. Reviewe the application of Raman spectroscopy in biology，food，medicine and chemical materials. It will provide a great step forward in many fields assay on rapid detection, quality control and non-destruction detection.Keywords：Raman spectroscopy, detection, application前言1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普顿效应的光散射效应，称为拉曼效应。
拉曼光谱分析技术ppt课件精选全文完整版
拉曼发明的拉曼光谱仪
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
1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结 构的主要手段。这是因为可见光分光技术和照相感 光技术已经发展起来的缘故；
1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是 因为拉曼效应太弱（约为入射光强的10-6），并要求 被测样品的体积必须足够大、无色、无尘埃、无荧 光等等。所以到40年代中期，红外技术的进步和商 品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；
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的得到或失去了一个振动量子的 能量。
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
(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。
1.3 几种重要的拉曼光谱分析技术
1、单道检测的拉曼光谱分析技术 2、以CCD为代表的多通道探测器用于拉
曼光谱的检测仪的分析技术 3、采用傅立叶变换技术的FT-Raman光
谱分析技术 4、共振拉曼光谱分析技术 5、表面增强拉曼效应分析技术
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
化学中的拉曼光谱技术研究
化学中的拉曼光谱技术研究拉曼光谱技术是一种通过分子振动产生的非破坏性光学散射来获取物质结构和成分信息的分析技术。
该技术广泛应用于化学、生物、物理、材料学等各个领域，在过去几十年中取得了很大的发展和应用。
一、拉曼光谱技术的原理拉曼光谱技术主要是基于光与物质之间作用的拉曼散射现象。
当光与物质相互作用时，一部分光被吸收或散射，另一部分光则无变化地穿过物质。
而拉曼散射是指入射光与物质发生相互作用，部分光子的能量被转移给分子，从而产生一些散射光，其频率不同于入射光的频率，这种现象就是拉曼散射。
根据散射光的频率差别，可以了解到分子的振动模式、成分、结构等信息。
二、化学中拉曼光谱技术的应用1. 分子结构与成分鉴定拉曼光谱技术可以用于鉴定化学物质的分子结构和化学成分。
化学物质每个分子都有特定的振动模式，并且每个模式都对应一个特定的振动频率。
通过测定物质样品的拉曼谱图，可以确定其分子振动模式和频率，进而推导出其分子组成和结构特征。
2. 反应动力学研究拉曼光谱技术也可以用于化学反应的研究。
在反应过程中，化学物质的分子发生结构和振动的改变，因此拉曼光谱可以测量反应过程中物质分子的振动能级和转变，进而揭示反应机理和反应动力学。
3. 无损检测该技术也可以用于材料的无损检测。
如对于金属材料来说，其内部缺陷会影响分子的振动模式和振动频率，从而影响拉曼光谱信号的强度和形状。
因此，通过测量材料的拉曼谱图，可以检测到材料内部的缺陷、变形、应力等问题，为制造工艺控制和质量检测提供支持。
4. 生物医学领域拉曼光谱技术也用于生物医学领域中的诊断和治疗。
如用于细胞形态的探测、组织诊断、体液分析等。
此外，也可以用于药物分子的研究和配体蛋白结合特性的研究。
三、拉曼光谱技术的发展和趋势拉曼光谱技术经过几十年的发展和应用，已经成为化学分析领域中非常重要的技术手段之一，被广泛应用在学术研究和产业开发领域。
随着技术的不断进步，拉曼光谱技术在空间分辨率、灵敏度、便携性、自动化程度等方面得到了极大优化。
电化学催化中的激光拉曼光谱法
电化学催化中的激光拉曼光谱法摘要在研究高比表面积和低透射率的粗糙或多孔电极体系方面,拉曼光谱比其它光谱技术更具有优势,其最大的缺点是检测灵敏度非常低。
近年来人们利用表面增强拉曼光谱(SERS)成功地将过渡金属电极表面物种的检测灵敏度提高了1~3个数量级,使这一局面得到明显的改观,从而实现了对一些重要的电催化反应的原位监测以及电化学反应(解离)产物及中间产物的鉴别,为利用激光拉曼光谱技术来研究电催化体系展示了良好的发展前景。
本文在简要回顾拉曼光谱在电化学中应用的历史的基础上,简述表面拉曼光谱的基本原理和表面增强拉曼光谱(SERS)现象,此后介绍了电化学拉曼光谱技术的仪器、方法和实验装置。
讨论重点放在如何提高检测灵敏度、光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率以及其它联用技术,同时用一些实例来说明拉曼光谱应用于电催化领域的特点,最后将简要探讨该领域的未来发展方向和有关技术。
关键词电化学催化激光拉曼光谱电极表面Abstract Research in high specific surface and low transmission rate of the rough or porous electrode system. Raman spectroscopy more advantages than others, its most weakness is low detection sensitivity, In recent years, people using surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) to the successfully heighten sensitive of transition metal electrode surface species detection gain of 1 ~ 3 quantitatively, the situation has been markedly changed. thus achieving the right number of important catalytic reactions in situ monitoring and the electrochemical reaction (dissociation) products and intermediate products identification, for the use of Raman spectroscopy to study the electro-catalytic system for displaying a good development prospects In this paper, a brief review of Raman Spectroscopy in the application of electrochemical history on the basis of Raman spectra surface briefly the basic principles and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS),then introduced electrochemical Raman spectroscopy equipment, methods and experimental devices Discussion focused on how to improve the detection sensitivity, spectral resolution, spatial resolution, time resolution and in conjunction with other technologies, Some examples of using Raman spectroscopy to introduce electro-catalytic characteristics of the area, Finally, a brief look about the future direction and development of relevant technologies. Keyword Electrocatalysis Laser Raman spectroscopyElectrode surface1电化学拉曼光谱技术的发展史1923年Smekal从理论上预测,当频率为ν0的入射光经试样散射后,散射光中应含有频率为ν0±ν的辐射。
拉曼
电化学原位拉曼光谱法, 是利用物质分子对入射光所产生的频率发生较大变化的散射现象, 将单色入射光(包括圆偏振光和线偏振光) 激发受电极电位调制的电极表面, 通过测定散射回来的拉曼光谱信号(频率、强度和偏振性能的变化)与电极电位或电流强度等的变化关系。
一般物质分子的拉曼光谱很微弱, 为了获得增强的信号, 可采用电极表面粗化的办法, 可以得到强度高104-107倍的表面增强拉曼散射(Surface Enahanced Raman Scattering, SERS) 光谱, 当具有共振拉曼效应的分子吸附在粗化的电极表面时, 得到的是表面增强共振拉曼散射(SERRS)光谱, 其强度又能增强102-103。
电化学原位拉曼光谱法的测量装置主要包括拉曼光谱仪和原位电化学拉曼池两个部分。
拉曼光谱仪由激光源、收集系统、分光系统和检测系统构成, 光源一般采用能量集中、功率密度高的激光, 收集系统由透镜组构成, 分光系统采用光栅或陷波滤光片结合光栅以滤除瑞利散射和杂散光以及分光检测系统采用光电倍增管检测器、半导体阵检测器或多通道的电荷藕合器件。
原位电化学拉曼池一般具有工作电极、辅助电极和参比电极以及通气装置。
为了避免腐蚀性溶液和气体侵蚀仪器, 拉曼池必须配备光学窗口的密封体系。
在实验条件允许的情况下, 为了尽量避免溶液信号的干扰, 应采用薄层溶液(电极与窗口间距为0.1～1mm) , 这对于显微拉曼系统很重要, 光学窗片或溶液层太厚会导致显微系统的光路改变, 使表面拉曼信号的收集效率降低。
电极表面粗化的最常用方法是电化学氧化- 还原循环(Oxidation-Reduction Cycle,ORC)法, 一般可进行原位或非原位ORC处理。
目前采用电化学原位拉曼光谱法测定的研究进展主要有: 一是通过表面增强处理把测检体系拓宽到过渡金属和半导体电极。
虽然电化学原位拉曼光谱是现场检测较灵敏的方法, 但仅能有银、铜、金三种电极在可见光区能给出较强的SERS。
拉曼光谱法简介
同一振动方式产生的拉曼位移频率和红外吸收频率是 相等的 。
拉曼光谱图 纵坐标为谱带强度，横坐标为拉曼位移频 率， 用波数表示。
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
甲醇的拉曼光谱图
3.10.2拉曼选律
只有产生偶极矩变化的振动是红外活性的，即红外光 谱谱带强度正比于振动中原子通过它们平衡位置时偶极矩 的变化。
拉曼活性取决于振动中极化度是否变化， 只有极化度 有变化的振动才是拉曼活性的。
所谓极化度就是分子在电场（如光波这种交变的电磁 场）的作用下 分子中电子云变形的难易程度 。拉曼光谱 强度与原子在通过 平衡位置前后电子云形状的变化 大小 有关。拉曼谱线强度正比于诱导偶极矩的变化。
(1)对称取代的 S-S 、C=C 、N=N 、C≡C振动产生强拉曼 谱带，由单键、双键到三键，因可变形的电子逐渐增加， 故谱带S 、SH的伸缩振动谱带强度 可变或较弱，而在拉曼光谱中为强谱带。 C-O-O-C 的对 称伸缩在 880cm -1也是强谱带。
(3)环状化合物骨架的对称呼吸振动常是最强的拉曼谱带。
υ2as和υ3、υ4是红外活性的，而非拉曼活性 ,因为在平衡 位置前后电子云形状相同。
3.10.3 拉曼光谱的特征谱带及强度
在拉曼光谱中，官能团谱带的频率与其在红外光谱中出 现的频率基本一致。不同的是两者选律不同，所以在红外 光谱中甚至不出现的振动在拉曼光谱可能是强谱带。
1.相互排斥规则：凡有对称中心的分子，若红外是活性， 则拉曼是非活性的；反之，若红外为非活性，则拉曼是活 性的。如 O2只有一个对称伸缩振动，它在红外中很弱或 不可见，而在拉曼中较强。
电化学拉曼光谱
2019.12.02
概述
• 将拉曼光谱技术与电化学电极反应机理的研究相结合， 可以用来测量溶液中电化学活性粒子的种类、浓度及其 随时间、电极电势的变化，研究电极过程动力学和电极 电解质溶液界面性质。
拉曼光谱
当光聚焦于样品，光与物质在不同的方向上相互作用。光 可能被吸收、散射、透射或反射。 1828年，印度物理学家Sir C. V. Raman把太阳光聚焦到液 光与介质作用发生散射，散射可分为两种： 1. 弹性（瑞利）散射：散射光与入射光频率相同 2. 非弹性（拉曼）散射：散射光频率发生改变
拉曼光谱
• 分子最初处于基态，激发后分子回到基态以上的振动能 态，散射光波长变长，称为斯托克斯-拉曼散射。
• 分子已经处于较高的振动状态，激发后回到基态。散射 光波长变短，称为反斯托克斯-拉曼散射。
测量装置
组成：拉曼光谱仪、测量池、恒电位仪和计算机 对于光电化学测试，样品为工作电极、参比电极和对电极 构成的电化学池。所有的电极连接到与计算机相连的恒电 位仪上。同时记录光谱和电化学数据，并进行数据分析。
分类
• 共振拉曼散射(Resonance Raman Scattering，RRS)：激发 频率等于或接近待测分子中生色团的电子吸收频率时共 振，拉曼散射增强102~106倍，主要用于研究溶液中粒子 的种类。
• 表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering， SERS)：当物质分子吸附在一些特定的金属表面时，分 子的拉曼散射强度大大得到提升，用于研究电极表面和 被吸附物。
应用
DDTC
NRS for pure DDTC (a) and SERS spectra of the copper electrode in 1 mmol L−1 assembling DDTC solution for 8 h (b).
拉曼光谱 电化学
拉曼光谱电化学
拉曼光谱和电化学是两种不同的分析技术，但它们可以结合使用，形成一种强大的分析方法，称为拉曼光谱电化学。
拉曼光谱是一种基于光散射的光谱技术，可以提供有关分子结构和化学成分的信息。
它通过测量样品在激光照射下产生的散射光的频率变化来确定分子的振动模式和结构。
电化学是一种研究电荷转移和化学反应的技术，它涉及在电极上施加电势并测量电流或电势随时间的变化。
拉曼光谱电化学将拉曼光谱和电化学技术相结合，可以同时获得样品的光谱信息和电化学响应。
这种结合使得研究电极表面上的分子行为和反应过程成为可能。
通过拉曼光谱电化学，可以研究电极表面上的分子吸附、反应动力学、物种鉴别以及界面结构等信息。
它在能源存储与转换、电催化、生物传感器等领域具有广泛的应用。
拉曼光谱电化学是一种将拉曼光谱和电化学相结合的技术，能够提供关于电极表面分子和反应过程的详细信息，具有重要的研究和应用价值。
锂电池体系电化学原位拉曼光谱方法发展应用
应用前景与发展方向
要点一
背景介绍
锂电池体系电化学原位拉曼光谱方法的应用前景非常广泛 ，不仅可用于研究锂电池的电化学反应过程和机理，还可 用于研究其他类型的电池，如燃料电池和太阳能电池等。
要点二
发展方向
为了进一步推动锂电池体系电化学原位拉曼光谱方法的发 展和应用，未来的研究应关注以下几个方面：首先是提高 该方法的灵敏度和分辨率，以更准确地检测和解析锂电池 中的微小变化；其次是开发更加智能和自动化的光谱分析 系统，以实现实时、原位的光谱监测；最后是拓展该方法 在新型电池体系中的应用，如固态电池等。
• 研究结论与展望
01
引言
研究背景与意义
锂电池在能源领域的重要性
随着能源领域的发展，锂电池在电动汽车、电子设备等领域的应用越来越广泛， 对锂电池的性能和安全性要求也不断提高。
原位拉曼光谱在锂电池研究中的潜力
原位拉曼光谱是一种基于光学原理的测量方法，具有高灵敏度、高分辨率和高空 间分辨率等优点，可以实时监测锂电池内部的化学反应过程，为优化锂电池性能 和安全性提供有力支持。
研究内容与方法
研究内容
本研究旨在开发一种基于电化学原位拉曼光谱方法，实现对锂电池内部化学反应过程的实时监测，包括电极材料 、电解质、界面反应等方面的研究。
方法概述
本实验采用电化学工作站与拉曼光谱仪联用，搭建了电化学原位拉曼光谱测量系统。通过对锂电池在不同充放电 状态下的光谱信号进行采集和分析，获取有关电极材料结构、电解质组成、界面反应等方面的信息。
研究不足与展望
当前的研究主要集中在石墨负极 和液态电解质体系上，对于其他 类型的负极和固态电解质的研究
还不够深入。
原位拉曼光谱技术对于某些特定 应用场景的适应性还有待提高， 例如在高温、高电压、高湿度环
拉曼光谱检测技术
拉曼光谱检测技术拉曼光谱检测技术就像是微观世界里的超级侦探。
你想象一下，在一个超级小的微观世界里，各种分子就像一群调皮的小怪兽，它们到处乱窜，还隐藏着自己的小秘密。
拉曼光谱检测技术呢，就像是带着超级放大镜和超级解码器的侦探，不管这些小怪兽分子怎么隐藏，都能把它们的秘密给揪出来。
这个技术的原理要是用特别有趣的方式来讲，就像是分子在开一场特别的音乐会。
当光线照射到分子上的时候，分子就像小歌星一样开始唱歌（散射光）。
不过呢，有的分子唱的是高音（斯托克斯线），有的分子唱的是低音（反斯托克斯线），拉曼光谱检测技术就特别聪明地听出这些不同的音高，然后根据这个来判断这个分子到底是哪个调皮的小怪兽。
拉曼光谱检测技术的应用范围那可真是广得不像话。
就好像这个超级侦探到处都有业务似的。
在化学领域，它就像是一个化学物质的户籍警，能够轻松地识别出不同的化学物质，不管是那些规规矩矩的化学分子，还是那些有点叛逆的新型化合物。
在材料科学方面呢，它就像是材料的X光透视镜。
比如说检测一块金属材料，就像看一个铁盒子里装着什么宝贝一样，它能看透这个材料内部的结构，看看有没有什么隐藏的小缺陷，或者是那些偷偷混进去的杂质小坏蛋。
而且啊，拉曼光谱检测技术还特别方便，就像一个随身携带的魔法棒。
不需要对样品进行特别复杂的处理，就像你不需要给小怪兽们梳妆打扮才能识别它们一样。
无论是固体、液体还是气体，这个技术都能轻松应对。
这就好比这个侦探不管是在陆地上（固体）、水里（液体）还是在空中（气体），都能追踪到那些小怪兽分子的踪迹。
它的灵敏度也高得惊人。
就好像这个侦探的耳朵能听到极其微小的声音一样。
哪怕是只有一点点的物质，它也能像发现一根小针在一堆干草里一样迅速地检测出来。
在生物医学领域，它就像是一个微观的健康守护者。
能够检测细胞里的各种生物分子，看看有没有生病的小迹象，就像在一个小小的细胞城堡里巡逻，看看有没有坏蛋入侵或者城堡有没有哪里损坏了。
拉曼光谱检测技术还在不断进化呢，就像一个超级侦探不断学习新的破案技巧。
电化学结合针尖增强拉曼光谱
EC-TERS研究界面分子异构现象 a
pKa=5.0±0.5
吡啶环 呼吸振
图5. (a) 4-PBT的质子化过程及其逆过程; (b) 吸附在Au表面 的4-PBT可能存在的形式和相应的DFT计算的拉曼谱图; (c) TERS体系中4-PBT可能的存在形式; (d) SERS体系中4-PBT
的TERS/SERS谱图; (c, d) 4PBT在pH=3时的TERS/SERS
TERS
SERS
谱图.
总结
对TERS的拉曼仪光纤耦合装置作了有利的改进，避免了光路畸变、拉 曼散射截面小等不利影响；
利用电化学腐蚀和聚乙烯绝缘化处理制备出强TERS效应且不漏电的Au
针尖，且利用4-PBT吸附在Au上的钝化效应，保证了之后的TERS测试 的灵敏度和重现性； 利用电化学检验Au针尖的性能，并通过调节针尖与电极间的偏压实现 分析物4-PBT的可逆去/质子化过程；
Thank You
电化学装置 a
Au tip Au(111) electrode
控制针尖与基底间的偏压，检
测隧道电流； 检测Au针尖和Au电极的表面
状态，优化测量条件；
控制电化学变量以控制基底吸 附的分子的构型变化。
图4. (a) EC-TERS系统中的电化学部分示意图; (b) Au (111)电极吸附4-PBT前(黑)后(红)的循环伏安曲线.
EC-TERS联用技术用于分子异构现象研究
学 生：李定颐 指导老师：吴康兵 教授
1
EC-TERS仪器的构造
目录
CONTENTS
2
EC-TERS研究界面分子异构现象
亮点
将EC-STM与TERS技术联用，实现了高分辨率(纳米级)和高灵敏度(单分子水平)原 位检测； 利用电化学控制实现界面分子可控异构化，并通过TERS检测出这种构型变化，有 望发展成实时研究燃料电池、金属腐蚀等界面反应的机理与状态的强大技术。
拉曼光谱技术的原理与应用
拉曼光谱技术的原理与应用近年来，随着科技的发展，各种仪器与技术被广泛应用于各行各业。
在工业、化学、生物、医学等领域中，拉曼光谱技术成为一种重要的分析手段。
本文将介绍拉曼光谱技术的原理以及在不同领域的应用。
拉曼光谱技术是通过测量样品表面散射光的频率和强度来获取样品的化学信息。
这种光谱技术基于拉曼散射效应，即当物质受到激发光源照射时，样品分子发生振动或转动，导致光的能量发生微弱的散射。
拉曼光谱通过测量这种散射光的频移和强度变化，来分析样品中分子的组成、结构和状态。
拉曼光谱技术的原理基于散射光的拉曼散射效应，包括斯托克斯拉曼散射和反斯托克斯拉曼散射。
斯托克斯拉曼散射是指散射光的频率低于入射光，而反斯托克斯拉曼散射则是指散射光的频率高于入射光。
这种散射光的频率差距与样品中的分子振动频率相关，通过测量频移可以得到样品的化学信息。
在化学领域，拉曼光谱技术被广泛用于分析物质的结构和组成。
比如，通过拉曼光谱可以快速确定化合物的成分，并判断其纯度和品质。
此外，拉曼光谱还能用于检测样品中的杂质或污染物，并实现定量分析。
拉曼光谱技术的非接触性和非破坏性特点，使其在化学合成、药物研发和质量控制等方面有着广泛的应用潜力。
在生物科学中，拉曼光谱技术可用于研究生物大分子的结构和功能。
通过拉曼光谱可以非侵入地探测细胞和组织中的分子信息，从而实现对细胞活性、代谢状态和疾病变化等的研究。
例如，通过拉曼光谱可以鉴定肿瘤细胞与正常细胞的差异，实现早期癌症的诊断与治疗监测。
此外，在食品科学和农业领域，拉曼光谱技术也可以用于食品成分的检测与分析，以及农作物的检测和品质评估。
在材料科学与工程中，拉曼光谱技术在材料表征和分析方面具有重要应用价值。
通过拉曼光谱可以了解材料的晶体结构、化学成分和相变等信息。
在材料制备过程中，拉曼光谱可用于监测材料的合成反应、晶体生长和物质转化等。
此外，拉曼光谱还可以用于材料质量控制和疲劳损伤分析等方面。
总之，拉曼光谱技术以其快速、非侵入性和非破坏性的特点，在各个领域具有广泛的应用潜力。
电化学拉曼光谱
电化学拉曼光谱
电化学拉曼光谱（Electrochemical Raman Spectroscopy）是一种将拉曼光谱技术与电化学方法相结合的分析技术。
它结合了电化学和光谱学的原理和方法，用于研究电化学过程中物质的结构和性质变化。
电化学拉曼光谱通过在电化学条件下对物质进行拉曼光谱分析，可以提供关于电活性物质在电化学过程中的化学变化和电化学界面的信息。
它可以用于研究电化学反应的机理、电极表面的吸附现象、电解质溶液中的离子交换等。
在电化学拉曼光谱中，通常使用激光作为激发源，照射在电极表面或电化学系统中的样品上。
激发光与样品发生相互作用后，通过拉曼散射现象，分析样品散射出的光谱，从而获取样品的结构和成分信息。
通过监测拉曼光谱在电位变化下的变化，可以研究电极界面上物质的电化学行为。
电化学拉曼光谱在电化学研究、催化剂表征、电池材料、生物电化学等领域具有广泛的应用。
它可以提供更详细的电化学界面信息，揭示电化学反应机理和催化过程中的结构变化，有助于深入理解和优化电化学系统的性能。
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Possible adsorption configurations for CN-on a Pt surface
Cyclic voltammograms for a Pt(111)and (b) 0.05 M H 2SO 4solution. Sweep rate, 0.05 V -0.9 V
-0.3 V -1.6 V
-0.2 V (SCE)
Electrochemical 50 cm -1
3700 cm -1
-0.9 V
δSCNN
-0.3 V
ν
∆Raman(SERS) Spectra
NH
ν2
NH
SCNN νν+*
S
Ag −SC
νSchematic experimental set up for single-molecule SERS. The insert shows an electron micrograph of typical SERS-active colloidal clusters. (Reprinted with permission from ref 119. Copyright 1998 IOP Publishing Ltd.)
C. V. Raman是印度一位伟大的物理学家，他
因为在光散射工作和发现拉曼效应而获得诺贝尔奖，当时他是亚洲第一位获此殊荣的科学家，他同时也作了有关声学、光学、结晶动态学、颜色和它们在感知上的研究。
Diagram of the first Raman
spectrographs. (1) Mercury-
are lamp. (2) Solution filter
(e.g. Saturated sodium
nitrite solution transmitting
radiation corresponding to
the mercury line at 435.8
nm). (3) Sample. (4) Prism.
(5) Photographic plate. (b)
Raman spectrum registered
on photographic plate. (0)
Ray-leigh
ν
frequency, (I) Raman
Stokes scattering band of
ν
scattering band of
紫外(可见光)
红外远红外
E
()
ΙΑΩ=⎡⎣⎢
⎢⎤⎦0
⎥⎥C E T νmn ∂α∂Θραs 422
The change in size, shape, or direction of the polarizability ellipsoid of the water molecule during each of its three vibrational modes. The centre column shows the equilibrium position of the molecule while to right and left are the extremes of each vibration.
感生(诱导)电偶极矩正比于分子极化率和电场强度
拉曼光谱仪简史
Diagram of the first Raman spectrographs. (1) Mercury-are lamp. (2) Solution filter (e.g. Saturated sodium nitrite solution transmitting radiation corresponding to the mercury line at 435.8 nm). (3) Sample. (4) Prism. (5) Photographic plate. (b) Raman spectrum registered on photographic plate. (0) Ray-leigh scattering line of νRay equal to the exciting line frequency, (I) Raman Stokes scattering band of νR(St)(II) Raman anti-Stokes scattering band of νR(aSt)
Schematic diagram of the basic components of a laser Raman spectrometer. (M 1) Concave mirror which returns the laser beam in the direction of the sample. (M 2) Concave mirror which collimates the back-scattered radiation and reflects it into the monochromator slit.
The Raman Cells
电极电极
激光
adsorbed at a highly rough silver electrode in 1974
Do not believe what the authority and expert say !Do not (always)believe
what the authority and expert say
SERS spectra of water at Ag, Cu and Au electrodes at very negative potentials in various electrolytes have been obtained. To explain the abnormal reversal of peak intensity ratio of the
or the bending to the stretching vibration, a preliminary model of the surface water at the。