拉曼光谱原理及应用讲义
拉曼光谱-课件分享
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
激光拉曼光谱基础
1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析 ，
是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一 固定方向上的极化率的变化。 对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率 是否改变来判断的。 对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下， 肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强； 而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不 能产生拉曼活性。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
拉曼原理-LRS与IR比较
拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸 收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
优势：激发波长较长， 可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景 薄膜样品的厚度应 >1m 光谱范围：5~4000cm-1
23
分析方法
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
24
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
47
100 Cr
100
depth profile lines
拉曼光谱基本原理课件
随着技术的进步，拉曼光谱的发展趋势包括提高光谱分辨率和灵敏度、拓展应用领域、结合其他技术进行联合分 析以及开发便携式设备等。未来，拉曼光谱有望在更多领域发挥其作用，如纳米材料研究、生物成像、地学等领 域。
对拉曼光谱未来发展的展望与期待
拉曼光谱未来发展的展望
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，拉曼光谱在未来将 有望实现更高的分辨率和灵敏度，更深入地揭示物质的内部 结构和化学信息。同时，随着纳米技术的发展，拉曼光谱有 望在纳米材料研究等领域发挥重要作用。
共振拉曼散射（Resonance Raman scattering）：利用激光器的波长与样品的共 振吸收峰相近，从而增强拉曼散射信号。
偏振拉曼散射（Polarized Raman scattering）：研究样品的偏振特性，可获得样 品的分子结构和取向信息。
拉曼光谱的数据处理
01
02
03
04
基线校正
高灵敏度拉曼光谱技术
近年来，高灵敏度拉曼光谱技术得到了广泛的研究和应用 。通过使用更先进的检测系统和信号增强技术，可以实现 对微量样品的高分辨率和高效检测。
实时拉曼光谱技术
该技术可以在短时间内获取样品的拉曼光谱信息，为快速 分析和实时监测提供了可能。
拉曼光谱在各领域的应用前沿
01
环境监测
拉曼光谱可以用于检测空气、水和土壤中的有害物质，例如重金属、有
智能化和自动化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来拉曼光谱技术将更加智能化和自动化，实现更 快速、准确的分析和预测。
05
总结与展望
拉曼光谱的基本原理与技术概述
拉曼光谱的基本原理
拉曼光谱是一种基于拉曼散射原理的散射光谱技术。当光在物质中传播时，会与物质的分子或原子相 互作用，引发散射。拉曼散射是其中一种散射方式，它与物质的分子或原子结构相关，可以提供关于 物质内部结构和化学信息的信息。
拉曼原理及特点和应用-RENISHAW
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1
E0 Rayleigh散射 V=0 Raman散射 h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态.
apply innovation
• 1992年世界上首先发明新型显微共焦拉曼系统
最初的测头及 专利证书
David McMurtry爵士 董事长兼首席执行官
John Deer 副董事长
apply innovation
遍及全球的子公司和办事处
子公司 美国 (1981) 爱尔兰 (1981) 日本 (1982) 德国 (1986) 法国 (1988) 意大利 (1989) 西班牙 (1991) 瑞士 (1991) 香港 (1993) 巴西 (1996) 韩国 (1999) 印度 (2000) 比利时 (2000) 澳大利亚 (2001) 荷兰 (2001) 斯洛维尼亚 (2001) 捷克 (2002) 波兰 (2002) 俄罗斯 (2002) 奥地利 (2002) 瑞典 (2003) 加拿大 (2003) 以色列 (2003)
apply innovation
连续扫描专利技术 － 全光谱范围一次扫描，无接谱
apply innovation
inVia 系统特色-新型共焦专利技术
新型共焦技术
-高通光效率，操作简便，性能稳定
apply innovation
传统共焦技术 － 机械针孔
apply innovation
最新的显微共焦系统专利技术
拉曼光谱课件
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
拉曼光谱原理及应用
拉曼光谱原理及应用一、拉曼光谱原理拉曼光谱其实是一种很神奇的东西呢。
简单来说呀，当光照射到分子上的时候，会发生散射现象。
大多数的散射光和入射光的频率是一样的，这叫瑞利散射。
但是有一小部分的散射光，它的频率会发生变化，这个就是拉曼散射啦。
这是因为分子在光的作用下发生了振动，导致能量有了变化，从而让散射光的频率变了呢。
分子的不同振动模式就对应着不同的拉曼频率位移，就像每个分子都有自己独特的“指纹”一样。
二、拉曼光谱的应用1. 在化学领域的应用在有机化学里呀，拉曼光谱可以用来确定分子的结构。
比如说有一个新合成的有机化合物，科学家们就可以用拉曼光谱来看看它的化学键啊，官能团之类的。
因为不同的官能团会有不同的拉曼峰位，就像不同的人有不同的身份证号一样准确。
在无机化学中，它能帮助研究无机化合物的晶体结构。
像研究一些金属氧化物，拉曼光谱就能告诉我们这些氧化物里原子的排列方式，是不是很厉害呢？2. 在材料科学中的应用对于新材料的研发，拉曼光谱可是个得力助手。
比如说研究石墨烯这种超级厉害的材料，拉曼光谱可以检测它的层数。
层数不同，拉曼光谱的特征峰就会不一样哦。
在检测材料的应力和应变方面也很有用。
当材料受到外力作用的时候，它的分子结构会发生变化，这种变化就可以通过拉曼光谱反映出来。
就好像材料在向我们诉说它的“委屈”一样。
3. 在生物医学领域的应用在疾病诊断方面有很大的潜力。
比如说检测癌细胞，癌细胞和正常细胞的分子结构是不一样的，拉曼光谱就能捕捉到这种差异，从而帮助医生更早地发现癌症。
在药物研发中也能发挥作用。
可以用来研究药物和生物分子之间的相互作用，就像是在给药物和生物分子之间的“约会”当侦探一样。
4. 在环境科学中的应用检测环境中的污染物。
比如水中的有机污染物，拉曼光谱可以快速地识别出污染物的种类，就像一个超级灵敏的环境卫士。
研究大气中的气溶胶成分。
拉曼光谱能够分析气溶胶里都有哪些物质，这对我们了解大气污染的来源和形成机制是很有帮助的。
拉曼光谱仪的原理及应用
拉曼光谱仪的原理及应用拉曼光谱是一种非常有用的分析物质的技术，在许多不同的领域都有广泛的应用。
本文将介绍拉曼光谱仪的原理及其应用。
一、拉曼光谱仪的原理拉曼光谱仪是一种光谱学仪器，通过测量物质散射光谱的强度和频率，可以得到物质分子的结构信息。
具体来说，拉曼光谱仪使用激光束照射样品，然后收集样品散射的光线。
激光光线通过样品时，光子与分子发生相互作用，由于分子的振动和旋转，样品发生拉曼散射，即分子振动产生的光子的频率发生变化，这种频率变化可以用来确定分子的结构。
拉曼散射强度与样品成分和激光功率直接相关，所以需要准确控制激光功率和光路。
同时，为了获得高质量的拉曼信号，需要在光路中加入滤光器和光谱仪等装置，确保能够测量样品发出的散射光线的频率和强度。
二、拉曼光谱仪的应用1. 化学分析拉曼光谱仪在化学分析中被广泛应用，因为它可以进行非接触测量，无需样品准备和可能使样品受到损害的化学处理。
此外，拉曼光谱仪还能够检测低浓度的物质。
利用拉曼光谱仪进行化学分析，可以得到关于分子结构、组成及相互作用等信息。
其中，一次红外光谱不足以解决分析问题时，拉曼光谱仪就可以发挥它的优势。
2. 材料分析使用拉曼光谱仪可以分析固体、液体和气体材料的结构和组成。
例如，可以据此确定药品中的成分，鉴别不同的聚合物和塑料材料，以及分析碳纳米管和其他纳米材料的结构。
其他一些应用包括燃料和材料研究，温度和压力传感器等。
3. 生物技术和医学拉曼光谱仪在生物技术和医学领域中也有许多应用。
例如，使用拉曼光谱可以确定蛋白质和DNA组成的结构，检测细胞状态和生物分子交互作用。
在医学领域，可以利用拉曼光谱进行肿瘤诊断和治疗，以及神经系统疾病的诊断。
总之，拉曼光谱仪是一种独特的分析工具，在各种不同领域中都有广泛应用。
它可以为科学家、工程师和医生提供宝贵的信息，同时也为各个领域的进一步研究和发展提供了支持。
【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。
拉曼光谱原理+模型+常见应用
拉曼光谱原理+模型+常见应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析方法，它利用分子振动能级的变化而发射或吸收光子，研究样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱具有独特的优势，可以应用于各种领域，包括化学、生物、材料科学等。
本文将重点介绍拉曼光谱的原理、模型和常见应用。
拉曼光谱的原理：拉曼光谱是一种分子振动光谱，其基本原理是分子在受到激发后，分子的振动状态会发生变化，从而导致入射光子的频率发生改变。
这个现象被称为拉曼散射，是由分子的振动引起的。
当分子受到光子激发，分子的振动能级发生变化，使得散射光子的频率发生变化，这种频率差被称为拉曼频移。
通过测量样品散射光的频率和强度，可以得到样品的拉曼光谱图谱，从而分析样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱的模型：拉曼光谱的模型主要是通过量子力学和分子振动理论来描述分子的振动状态和引起的拉曼频移。
在拉曼光谱分析中，通常采用谐振子模型和量子力学模型来模拟分子的振动模式和能级，从而推导出分子的振动能级和拉曼频移的数学表达式。
利用这些模型，可以计算出不同分子的拉曼频移和强度，从而分析样品的分子结构和化学成分。
拉曼光谱的常见应用：1.化学分析：拉曼光谱可以用于分析化学物质的结构和成分，包括有机分子、高分子材料、药物等。
通过拉曼光谱分析，可以辨识和鉴定不同化合物的结构和功能团，从而实现化学成分的快速检测和分析。
2.生物医学：拉曼光谱可以用于生物医学领域，包括生物分子的结构和功能分析、生物样本的快速检测和诊断等。
通过分析生物样本的拉曼光谱，可以实现对细胞、组织和生物分子的快速、无损检测和分析。
3.材料科学：拉曼光谱可以用于材料科学领域，包括材料表面、界面和纳米结构的表征、材料的结构、形貌和成分分析等。
通过拉曼光谱分析，可以实现对材料的微观结构和性质的表征和分析。
4.环境监测：拉曼光谱可以用于环境监测领域，包括大气、水体和土壤样品的化学成分和污染物的分析、环境污染的监测和评估等。
通过拉曼光谱分析，可以实现对环境样品的快速、准确的分析和监测。
拉曼光谱及其应用
拉曼光谱及其应用拉曼光谱是一种分析物质结构和化学组成的非侵入性技术，并广泛应用于许多领域，包括材料科学、生命科学和环境科学。
本文将介绍拉曼光谱的原理、仪器和一些常见的应用。
一、拉曼光谱的原理拉曼光谱是一种基于拉曼散射现象的光谱技术。
当激光等能量较高的光与物质相互作用时，光子会与物质中的分子相互作用，产生散射现象。
拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射两种类型，它们分别与物质的低频和高频振动模式相对应。
根据拉曼散射现象，我们可以获得物质的拉曼光谱。
拉曼光谱是由于分子振动引起的光散射频移所产生的谱线，可以提供关于物质结构、键合性质和化学组成的信息。
每个物质都有独特的拉曼光谱，因此拉曼光谱可以用于研究和识别不同的物质。
二、拉曼光谱的仪器为了获取物质的拉曼光谱，我们需要使用拉曼光谱仪。
一般的拉曼光谱仪包括激光光源、样品台、光学系统和光谱仪。
首先，激光光源是产生高能量光束的关键组件。
常见的激光光源包括氩离子激光器、二极管激光器和红外激光器。
不同的激光光源可以提供不同的波长范围和功率输出，以适应不同样品的测量需求。
其次，样品台是用于支撑和定位样品的平台。
样品台需要具备良好的稳定性和精确度，以确保样品在测量期间的位置和姿态不变。
然后，光学系统包括镜头、滤光片和光纤等组件，用于操控和导引激光光束。
光学系统的设计和优化可以提高信号强度和降低背景噪音，从而提高拉曼信号的检测灵敏度。
最后，光谱仪用于测量和分析样品散射的光谱。
它通常包括光栅、光电二极管和数据采集系统等部分。
光谱仪的性能决定了拉曼光谱的分辨率和信噪比，因此选择合适的光谱仪非常重要。
三、拉曼光谱的应用1. 材料科学领域拉曼光谱在材料科学中具有广泛的应用。
通过测量材料的拉曼光谱，我们可以了解材料的晶格结构、键合状态和纳米尺度的相变等信息。
拉曼光谱还可以用于研究材料缺陷、应力分布和化学反应等过程。
因此，在材料设计、合成和评估中，拉曼光谱起到了重要的作用。
2. 生命科学领域在生命科学中，拉曼光谱被广泛应用于细胞学、生物医药等领域。
拉曼光谱的工作原理与化学分析应用
拉曼光谱的工作原理与化学分析应用拉曼光谱是一种用于分析物质的非破坏性技术，通过测量物质与入射光发生散射后所产生的频移来获取物质的结构和成分信息。
它具有许多优点，如高分辨率、高灵敏度和非接触式测量等，因此在化学领域中被广泛应用于物质表征和化学分析。
本文将介绍拉曼光谱的工作原理，并探讨其在化学分析中的应用。
一、拉曼光谱的工作原理拉曼光谱基于拉曼散射现象，该现象是指入射光与物质分子或晶格相互作用后发生频移而产生的散射光。
具体来说，当入射光与物质相互作用时，部分光子与物质分子或晶格之间发生能量交换，导致光子频率的微小改变，进而形成散射光。
拉曼光谱仪通常由光源、样品、光谱仪和探测器等部分组成。
首先，光源会产生一束单色光，并通过光学系统照射到样品上。
样品中的分子或晶格会吸收部分入射光，并重新辐射出来，形成散射光。
其中，大部分散射光与入射光具有相同的频率，称为Rayleigh散射；而少部分光子频率发生微小改变，称为拉曼散射。
接下来，散射光通过光谱仪进行分析。
光谱仪根据光的频率将散射光分解成不同波长的光，然后由探测器接收并将其转化为电信号。
最终，我们可以通过分析这些电信号的强度和频率变化来获取样品的拉曼光谱图。
二、拉曼光谱的化学分析应用拉曼光谱在化学分析中具有广泛的应用，下面将重点介绍几个常见的应用领域。
1. 有机化学拉曼光谱能够提供有机化合物的结构信息，如键振动模式和分子对称性信息。
通过分析样品的拉曼光谱图，我们可以确定化合物的官能团、键的类型、取代基的位置等。
因此，拉曼光谱在有机化学中被广泛用于化合物的鉴定和结构分析。
2. 焦炭和无机材料拉曼光谱对于研究焦炭和无机材料中的晶格振动模式具有重要意义。
通过测量这些材料的拉曼光谱，可以获得晶格结构、杂质和缺陷等信息。
对于焦炭来说，拉曼光谱可以用于确定其结晶度、形貌和石墨化程度，对于无机材料来说，可以用于分析其晶体结构和化学成分。
3. 生物医学在生物医学领域，拉曼光谱被广泛应用于分析细胞和组织中的化学成分。
拉曼光谱基本原理课件
对球形对称振动， ，因此去偏振度r为零。即r 值越小，分子的对称性越高。若分子是各向异性的，则 ，r=3/4。即非全对称振动的r=0 3/4(0.75)。因此通过测定拉曼谱线的去偏振度，可以确定分子的对称性。 如前CCl4 的拉曼光谱，459cm-1是由四个氯原子同时移开或移近碳原子所产生的对称伸缩振动引起，r=0.0005，去极化度很小。459cm-1线称为极化线。而218cm-1、314cm-1源于非对称振动，r=0.75。
3.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
(5.49) a0为分子中键处于平衡位置时的极化度，req为分子中键处于平衡位置时的核间距，r为分子中键处于任意位置时的核间距。若核间距改变时产生的振动频率为n，与平衡位置比较的最大核间距为rm，则：r-req = rm cos2pnt(5.50) 代入(5.49)式： (5.51) (5.52) (5.52)式第一项对应样品的瑞利散射，其频率为n0；第二项对应样品的拉曼散射，产生反Stokes位移，频率为反Stokes频率n0+n；第三项对应样品的拉曼散射，产生Stokes位移，频率为Stokes频率n0-n。 (5.52)式表明，要产生拉曼散射，分子的极化度必须是核间距的函数，即da/dr 0时才会观察到拉曼线，只有振动时极化度发生变化的分子才是拉曼活性的。返回页首
拉曼活性 入射光可以看成是互相垂直的电场和磁场在空间的传播。其电场强度E可用下述交变电场描述：E=E0Cos(2pn0t) (5.47) 其中，E0为交变电场波的振幅，n0为激发光频率。 样品分子键上的电子云与入射光电场作用时会诱导出电偶极矩P：P=aE=a E0Cos(2pn0t) (5.48) a为键的极化度。只有当键的极化度是成键原子间距离的函数，即分子振动产生的原子间距离的改变引起分子极化度变化时，才产生拉曼散射，分子才是拉曼活性的：
拉曼光谱的原理与应用
拉曼光谱的原理与应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术，可用于研究物质的结构、功能和相互作用等方面。
它以拉曼散射现象为基础，利用光与物质相互作用而产生的散射光谱来分析物质的化学结构。
本文将详细介绍拉曼光谱的原理、测量方法和应用。
一、拉曼光谱的原理拉曼光谱的原理源于拉曼散射现象，即当入射光线照射到物质上时，部分光线会被物质吸收，部分会经过物质后发生散射。
如果散射光比入射光具有不同的波长，称之为拉曼散射。
在拉曼散射中，散射光的波长可以比原光谱长或短，这种现象称为拉曼效应。
拉曼效应是由于散射光与物质所产生的迈耳振动相互作用而导致的。
当入射光线与物质相互作用时，物质分子的化学键会发生伸缩和扭曲等变形，导致分子内部的原子发生迈耳振动。
这种振动会导致散射光发生波长偏移，即产生拉曼散射。
而这种波长偏移的大小与物质的分子结构和化学键种类等因素有关。
二、拉曼光谱的测量方法拉曼光谱的测量方法通常采用激光散射光谱仪测量。
这种仪器主要由激光器、样品池、光谱仪和探测器等组成。
下面是具体的测量步骤：1. 准备样品。
样品准备是拉曼光谱测量的非常重要的一步。
样品的制备应该避免填充杂质和提高位移的材料。
制备时应进行必要的纯化、淘汰和处理等。
2. 调整仪器。
首先需要调整激光器的出射功率，使其适当。
此外，需要调整样品池和准直器，以保证激光光束斜射物体面上时角度恰当，即使散射光进入探测器。
3. 开始测量。
当准备好样品并调整好仪器后，即可进行拉曼光谱的测量。
在测量前，需要对样品进行预热处理，以确保在测量过程中保持稳定状态。
4. 分析光谱数据。
测量完成后，需要对数据进行分析和处理。
此时应使用适当的软件来处理光谱数据，以确定样品的化学组成、分子结构和功能等信息。
三、拉曼光谱的应用拉曼光谱在材料科学、化学、生命科学、环境科学、地球科学等领域都有广泛的应用。
它可以用于研究各种不同的物质样品，包括有机物、无机物、高分子材料、药物、金属材料、纳米材料等等。
RAMAN拉曼实验讲义
元件的选择
激发波长的选择： 244nm 325nm 1 473nm 2 488nm 3 514nm 4 532nm 633nm 5 785nm 。。。。。。
避开荧光干扰 确定信息来源--拉曼或荧光 不同深度信息研究 避开黑体辐射 共振拉曼
元件的选择-滤光片
1. 干涉滤光片：滤除等离子线 2. 瑞利滤光片： Notch滤光片： 有机材料镀膜 、寿命、 一般２-３年换一套 。可以做斯托克斯和 反斯托克斯 Edge滤光片 ： 介电材料制作 、寿命长。 只能测量斯托克斯拉曼信号
拉曼光谱原理
红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则 伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子 内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。 当一定频率的激发光照射一分子时，一部分散射光的频率 与入射光的频率相同，这种散射是分子对光子的一种弹性 散射，其碰撞为弹性碰撞，没有能量交换，称为瑞利散射 ，是由英国物理学家瑞利提出而得名。 还有一部分散射光 的频率和激发光的频率不等，这种散射称为拉曼散射。 弹性散射：在散射过程中没有发生能量变化的散射 非弹性散射：在散射过程中发生能量变化的散射
激光共焦显微 拉曼光谱仪
NJUST
教学要求
1、掌握RAMAN光谱仪的基本原理和结构
2、了解RAMAN光谱仪的适用范围及一般应用
3、通过对样品的测试掌握 LabSpec5 软件的
操作过程，学会谱图解析的一般方法
拉曼光谱概述
拉曼效应
1928 年，印度科学家C.V Raman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，把这种效应命名为 Raman效应。为此拉曼获得 1930年度的诺贝尔物理学奖。 从拉曼光谱的研究可以得到 有关分子振动或转动的信息。
拉曼光谱原理及应用--ppt课件
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10-9～1012 mol/L
表面增强拉曼(SERS)简介
• 什么是表面增强?
SERS 效应是在激发区域内，由于样品表面或近表 面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。
• 怎么得到表面增强?
远小于激发波长的金属颗粒(Au, Ag)会使电磁场增
二. 拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
0
入射光
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
Rayleigh散射： 弹性碰撞；无
能量交换，仅改 变方向； Raman散射：
非弹性碰撞； 方向改变且有能 量交换；
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
i = o- (cm-1)
225050 00
30030 000
3500 3500
拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p
p＝ αE α为极化率
• 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极 化率
• 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
拉曼光谱的特征
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 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。
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。
拉曼光谱基本原理通用课件
CHAPTER
内标法与外标法
内标法
通过在样品中添加已知浓度的标准物质作为内标，利用内标物的峰面积或峰高与浓度之间的线性关系，对未知样 品的浓度进行定量分析。
外标法
通过比较已知浓度的标准样品的拉曼光谱与未知样品的拉曼光谱，根据标准样品的浓度和峰面积或峰高之间的关 系，对未知样品的浓度进行定量分析。
峰面积法与峰高法
要点一
峰面积法
通过测量拉曼光谱中某个峰的面积，利用峰面积与浓度之 间的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
要点二
峰高法
通过测量拉曼光谱中某个峰的高度，利用峰高与浓度之间 的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
多元光谱分析方法
• 多元光谱分析方法：利用多个拉曼光谱之间的信息，通过统计分析和数学建模，对未知样品的成分和浓度进行 定量和定性分析。例如偏最小二乘法、主成分分析法等。
拉曼散射的物理过程
当光波与介质分子相互作用时，光波吸收或释放能量，导致光波的频率发生变 化。这种变化遵循斯托克斯-拉曼散射定律。
拉曼光谱的峰位与峰强
1 2 3
峰位的确定 拉曼光谱的峰位表示散射光的频率变化，通常用 波数（cm^-1）或波长（nm）表示。
峰强的意义 峰强表示散射光的强度，反映了散射过程的概率 大小。一般来说，峰强越强，表示该频率的散射 过程越容易发生。
拉曼光谱的未来
随着技术的不断进步，拉曼光谱将在未来发挥更 加重要的作用。
拉曼光谱的基本原理及特点
拉曼光谱基本原理
拉曼光谱是一种基于光的散射效 应的技术，通过分析散射光的频 率和强度来推断样品的性质。
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。
拉曼光谱仪原理及应用
拉曼光谱仪原理及应用拉曼光谱是一种非常重要的光谱分析技术，它可以用于物质的结构分析、成分鉴定、化学反应动力学研究等领域。
拉曼光谱仪是实现拉曼光谱分析的关键设备，下面我们将介绍拉曼光谱仪的原理及应用。
1. 拉曼光谱仪原理。
拉曼光谱是指物质受到激发光的照射后，散射光中出现了频率改变的现象。
这种频率改变是由于物质的分子振动和转动引起的，称为拉曼散射。
拉曼光谱仪利用拉曼散射现象进行光谱分析，其原理主要包括激发光源、样品、光谱仪和数据处理系统四个部分。
激发光源通常采用激光器，通过单色器产生单色激发光，照射到样品上。
样品受到激发光的激发后，会发生拉曼散射，产生频率改变的散射光。
光谱仪通过单色器和光电倍增管等光学元件收集和分析样品散射光的频率变化，得到拉曼光谱图谱。
数据处理系统对光谱图谱进行处理和分析，得到样品的拉曼光谱信息。
2. 拉曼光谱仪应用。
拉曼光谱仪在化学、生物、材料、环境等领域具有广泛的应用价值。
在化学领域，拉曼光谱仪可以用于物质的结构表征、化学反应动力学研究、药物分析等方面。
在生物领域，拉曼光谱仪可以用于生物分子的结构分析、生物标志物的检测、细胞成分的定量分析等方面。
在材料领域，拉曼光谱仪可以用于材料的成分鉴定、晶体结构分析、表面和界面分析等方面。
在环境领域，拉曼光谱仪可以用于环境污染物的检测、土壤和水质分析、大气颗粒物的监测等方面。
除此之外，拉曼光谱仪还可以应用于食品安全检测、药品质量控制、文物保护等领域。
随着科学技术的不断发展，拉曼光谱仪的应用领域将会越来越广泛，为人类社会的发展进步提供更多的支持和帮助。
总结而言，拉曼光谱仪作为一种重要的光谱分析设备，其原理和应用具有重要的科学研究和实际应用价值。
通过对拉曼光谱仪的深入了解和应用，我们可以更好地开展物质的分析和研究工作，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
拉曼光谱原理和应用ppt课件
拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼散射
发分光子照对拉射光曼分子散子的射时一是，种分一 弹子部性对分散光散射子射。的光只一的有种频分非率子弹（和性光散 子散射间）效的和应碰入。撞射当为光用弹的一性频定碰率频撞相率，等（没。有这激 能种）量散的交射激换是
时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光 的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散 射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导
• 前… 后… 入射光
散射光
分子
分子
• 散射光与入射光有相同的频率
.
emission
excitation
光散射 - 拉曼
• 散射光中的1010光子之一是非弹性散射（拉曼） • 前… 后…
入射光
分子
• 光损失能量，使分子振动
.
分子振动
散射光
ssion
excitation excit.-vib.
.
拉曼光谱的主要困难
• 拉曼散射信号弱（比荧光光谱平均小2－3数量级）。
• 激光激发强。
• 拉曼信号频率离激光频率很近。
• 激光瑞利散射比拉曼信号强1010－1014，对拉曼信号干扰很 大。
• 最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。（中红外区）
• 分子能级与分子光谱
分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似看成是这些运动的 能量之和，即
式中 E t E e E v E r
E 总 ＝ E ｔ ＋ E e E v E r
分别代表分子的平动能、电子运动能、振动能和转动能。除E t 外，其余三项都是量子化的，
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20
White light Image
30
40
50
60
40
50
60
70
80
Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题
不
得
不
说
• 1-灵敏度
的
• 2-光谱分辨率
话
• 3-空间分辨率
影响：准确性、取谱速度、空间分辨效果
光谱分辨率
Intensity (cnt) Intensity (cnt)
12 000 11 000 10 000
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
•组分信息 •结构信息
1800
2000
拉曼光谱给出的信息？
PET的拉曼光谱－－官能团
Bg
Bg
乙二醇模式: 结构的指示剂
羰基伸缩 线宽=>结晶度
拉曼光谱给出的信息？
Intensity (A.U.)
2000200000 甲醇vs. 乙醇
1500150000
CH3OH vs. CH3CH2OH
OH Bending
拉曼光谱应用-鉴定不同材料
在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱
10000
8000
Nylon6 尼龙
6000
Kevlar 合成纤维
Pstyrene 聚苯乙烯
4000
PET
2000
Paper 纸纤维
Ppropylene丙烯
PE/EVA
0
聚乙烯
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
Imaging Accessories
PL 光谱和拉曼光谱对于CNT的管径和手性都非常敏感
由于SWCNTs的发光范围集中在1.0 to 1.6 um, 所以有很大的应用前景.
Intensity (counts/s) Intensity (counts/s)
激发光 : 785nm
Raman
PL
140
794nm~914nm
250 1100nm~1550nm
拉曼光谱成像方法
Point by point illumination : Sample rastering in x and y
Grating
Sample on XY motorised stage
Detector Spectral image
Only one point of the sample is illuminated by the laser and the corresponding spectrum is recorded - takes full advantage of confocal filtering
空间分辨率(共焦技术)
——寻找好的共焦技术？
900
x103
高分子多层膜
Intensity (cnt)
Intensity (cnt)
800 700
1000 x10-3
35
1000
Intensity (cnt)
1200
1400
1600
Raman Shift (cm-1)
15
1800
10
5
0
1200
1400
密决？
010 －8567 9966 －219
空间分辨率(共焦技术)
微区
空间分辨率？
非聚焦
共焦技术可以实现: •得到更好的横向分辨率 (<1µm) •极大的提高了纵向分辨率 (~2 µm) • 有效地减少荧光干扰
共焦针孔
应用中可以解决：
➢ 微米和亚微米颗粒 ➢ 可以研究材料中的包裹体 ➢ XY 和 Z 成像 : 相分布和结构分布,多层膜样品分析
➢ 结构信息（晶体、无定形、同分异构 体…)
Intensity
Band postion band Position shift
Band Width
Raman shift
拉曼光谱的特征
拉曼频移
峰位与激发波长没有关系
多激发波长：选择适合的激发波长
70000
60000
Intensity (a.u.)
50000
什么是拉曼效应?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
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）
瑞利散射
scatter= laser
laser
拉曼散射
scatter> laser
什么是拉曼效应?
拉曼光谱给出的信息？
520
不同材料的拉曼光
10 000
Intensity (cnt)
高分子聚合物
2000
1500
Single spectrum 1000 Component 1
500
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
8000
Single spectrum 6000 Component 2
4000
2000
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
5000
25000 20000 15000 10000
5000 0
500 500
532 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
2500
3000
633 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
2500
3000
785 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
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。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (cm-1)
D-band Info on defects
不同管径的碳纳米管与不同激发波长共振,因此可以 通过不同激发波长研究不同手性和管径的碳纳米管
Conduction Valence
0
SiC的拉曼光谱图
分辨率为 2 cm-s1i普c1通1-5分32辨18率00
4 000
分ssiicc11辨11--553322率1680000 为0.65 csmic-11高1-5分32辨60率0
3 500
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
555
560
565
570
575
580
The Raman map consists of the superimposed spectra of the both components.
The cursors than can be used to generate 2000 Raman mapped images
Because of confocality the Raman map can show very exactly the localization of comp. 1 and 2 (spatial resolution at ex = 633 nm 0.8 µm lateral and 1.2 µm axial)
1600
1800
-40
Raman Shift (cm-1)
好的共焦状态
-30
-结果！
空间分辨率(共焦技术)
高分子多层膜
Intensity (cnt)
20 000 15 000 10 000
5 000 0 -40
-30
-20
Z (祄)
共焦状态不好
-10
0
界面？
3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍
谱有各自的不同于其
8 000
6 000
它材料的特征的光谱
4 000
-特征谱 2 000
为表征和鉴别材料提
供了指纹谱
20000
深入开展光谱学和材 15000 料物性研究打下基础
10000
400
600
Raman Shift (cm-1)
1332 1580
5000
0
1000
1200
1400
1600
Wavenumber (cm-1)
35350000
ni = no-n (cm-1)
拉曼光谱给出的信息？
定性的信息 : 拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布
➢ 化学组成，污染物探测...
➢ 振动频率可以给出结构的细微变化， 对于分子所处的局域环境，比如晶相， 局域应力和结晶度等 都很敏感
拉曼光谱应用领域：