拉曼光谱分析法教学教材
光谱分析3-拉曼
Huazhong University ofScience and Technology材料分析与表征技术黄云辉材料科学与工程学院拉曼光谱分析§3-1 基本原理§3-1-1 拉曼散射效应拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，与红外光谱相同，其信号来源与分子的振动和转动。
拉曼（Raman），印度物理学家。
1921年开始研究并在1928年发现了光散射的拉曼效应，1930年获得了诺贝尔物理奖。
为表彰拉曼的巨大贡献，印度政府将2月28日定为“拉曼节”。
拉曼光谱与吸收光谱的差异（1）吸收光谱中光子的能量必须等于分子的某两个能级之间的能量差，而拉曼光谱中入射光子的频率和分子跃迁所涉及的能量差之间无确定的关系。
（2）拉曼散射的强度很低，只有入射光的10-7，一般在入射光的垂直方向检测。
（3）拉曼光谱是通过测定散射光相对于入射光频率的变化来获取分子内部结构信息。
二、转动拉曼光谱无论同核还是异核双原子分子，都有转动拉曼光谱。
转动能级（谱项）)1()(+=J BJ J F转动拉曼光谱选律2,0±=ΔJ 0=ΔJ 2−=ΔJ 2=ΔJ 0~~νν=Q )2/3(4~~0++=J B O νν)2/3(4~~0+−=J B S ννQ 支O 支S 支统一公式)2/3(4~+±=ΔJ B ν小拉曼位移三、振动拉曼光谱振动时的极化率变化)(00r r −+=βαα振动能级（谱项）ωχω~)2/1v (~)2/1v ()v (2+−+=G 选律简谐振子非简谐振子1v ±=ΔL,3,2,1v ±±±=Δ10→频率位移ωχν~)21(~−=Δ大拉曼位移四、共振拉曼光谱普通拉曼共振拉曼四、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不经分离而直接测定，在红外吸收上会造成很大干扰，下图为红外图和拉曼图的比较测试方法§3-2仪器结构与原理§3-3 应用无机材料分析有机化合物分析联用技术§3-3-1 拉曼光谱分析的特点•定性分析：不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进行定性分析。
拉曼光谱原理和图解PPT教案
e.g. thickness of transparent coating
拉曼光谱的特点和主要困难
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。 拉曼光谱仪器的设计，必须能排除瑞利散射光，并具有高灵敏度（体现在弱信号
NEW OLD
数字化显微共焦系统专利技术
共焦应用:高分子 样品的深度分布
Sample
2 µm thick polyethylene (PE) film
Thick polypropylene(PP) substrate
Laser
633 nm HeNe
数字化显微共焦系统专利技术
Conditions
High spatial resolution:
品等尤其有用)
Non-destructive analysis:
无损分析
几乎不用样品制备
Almost no sample preparation:
所须样品量少
Very small amount of sample:微
指纹性振动谱
Characteristic vibrational spectrum:
数字化显微共焦系统专利技术
优 势 5. 数字化显微共焦系统专利技术
受专利保护的最新的显微共焦系统技术，无需 调节针孔，并可连续调节共焦深度，大大提高 了仪器的光通量和稳定性。
数字化显微共焦系统专利技术
共焦原理 Non-confocal
Confocal
数字化显微共焦系统专利技术
实现共焦的两种方式
高灵敏度
在Renishaw inVia拉曼光 谱仪上测得的硅的三阶 与四阶声子模的拉曼峰。
拉曼光谱分析法教学教材
前置单色器
计算机系统
激光器
✓激光器
激发光源常用连续气体激光器； 如最常用Ar＋激光器 488.0/514.5nm， 频率高，拉曼光强大； 其它如氦-氖、氪离子激光器； 共振拉曼光谱：从激光器的输出激光线 中选择或用可调谐激光器（如染料激光 器）。 见表11-2（P.334）
✓试样室
➢前置单色器：选取某固定波长的激光 并降低杂射光的影响 ➢90º照明方式；发射透镜：使激光聚 焦在样品上；会集透镜：使拉曼光聚焦
异 拉：曼拉：曼适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
互补
通常有必要同时测定
拉曼位移和红外吸收峰的波数相同，只 是相对强度不同。
结构分析：H4C4N4
拉曼C=C 1623 cm-1 强 红外C=C 1621 cm-1 强
CN C
NH2
CN C
NH2
瑞利散射λ不变 拉曼散射λ变
①：散射光的波长与入射光相同。 弹性碰撞无能量交换。→ 瑞利散射
②：瑞利散射波长两侧还有散射光，非弹性碰 撞，有能量交换，波长有变化。 → 拉曼散射
λ
λ
拉
曼
增减散 大小射
变
λ
样
品
透过光λ不变
池
瑞 利
散
射
λ
不 变
受激虚态不稳定，很快(10-8s)跃回基态
大部分能量不变，小部分产生位移。
室温时处于激发态的分子比基态的分子数少，
Anti-stocke线也远弱于stocks线。 温度升高，反斯托克斯线增加。
散射示意图
Anti-Stocks线
Stocks线
e
e
11第11章 激光拉曼光谱分析法PPT课件
11.4 激光Raman光谱法的应用
• 11.4.1 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。 16
第11章 激光拉曼光谱分析法
• 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。
• 当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长， 产生丁达尔散射。
• 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。
• 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；
• 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。
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支 持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评 估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和
意见，也请写在上边
21
谢谢聆听
THANK YOU FOR LISTENING 演讲者：XX 时间：202X.XX.XX
22
• 若偏振器平行、垂直于激光方向时，散射光的强度分 别为I║、I，则两者之比称为退偏比，即P＝I/ I║。
• 退偏比与分子的极化率有关，若令为分子极化率中各 向同性部分，为各向异性部分，则
ρp＝45(α 3()β 2 +)42(⊥ β)2
• 对于球形对称振动来说，P为零，所产生的Raman散 射光为完全偏振光。对非对称振动而言，极化率是各 向异性的，P为3/4。P越小，分子的对称性越高。通 过测定Raman线的退偏比，可以确定分子的对称性。
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
拉曼光谱解析教程
拉曼光谱解析教程拉曼光谱是一种非常有效的光谱分析技术，可用于分析分子和材料的结构、组成和状态。
以下是拉曼光谱解析的教程：1. 原理：拉曼效应是指分子或材料在受激光照射时，部分光子与分子或晶体格子内原子发生相互作用，导致光的散射现象。
拉曼光谱通过测量样品散射光的频率差异，从而提供有关样品成分、结构和状态的信息。
2. 实验设备：进行拉曼光谱分析需要一台拉曼光谱仪，通常包括一个激光器、一个样品台、一个光学系统和一个光学探测器。
激光器会产生单色的激光光束，样品台用于支撑和定位待测样品，光学系统用于收集和分析散射光，光学探测器将光信号转换成电信号。
3. 样品准备：将待测样品放置在样品台上，确保样品表面光洁，没有表面污染或杂质。
拉曼光谱可以对几乎所有类型的样品进行分析，包括液体、固体和气体。
4. 数据采集：使用拉曼光谱仪进行光谱采集，通过调整激光功率、扫描范围和积分时间等参数进行实验优化。
通常会采集多个波数点的拉曼光谱数据，越多的数据点可以提供更多信息，但也需要更长的采集时间。
5. 数据分析：通过对采集到的拉曼光谱数据进行分析，可以获得样品的结构、组成和状态信息。
常见的数据处理方法包括光谱峰拟合、数据平滑和峰位校准等。
6. 数据解释：根据拉曼光谱的特征峰位和峰形，结合已知的拉曼光谱库，可以对样品进行定性和定量分析。
可以通过比较待测样品和标准品的拉曼光谱，或者使用化学计量学方法进行定量分析。
7. 应用领域：拉曼光谱广泛应用于材料科学、生物医学、环境监测和药物研发等领域。
例如，可以用于分析化学反应中的中间产物和催化剂，检测食品和药品中的污染物，研究生物分子的结构和功能等。
希望以上的教程可以帮助您了解拉曼光谱解析的基本知识和步骤。
开展拉曼光谱实验前，请确保已熟悉仪器的操作和数据处理方法，以获得可靠的结果。
《拉曼光谱》PPT课件
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
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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；
16
红外与拉曼谱图对比
17
选律
1 S C S
拉曼活性
2 S C S
红外活性
1
拉曼散射效应的进展：
拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现 的，本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。
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；
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
12
2、产生拉曼位移的条件
拉曼散射不要求有偶极矩的变化，却要求有极 化率的变化，与红外光谱不同，也正是利用它 们之间的差别，两种光谱可以互为补充。 分子在静电场E中所产生的诱导偶极矩P与分子 的极化率α之间有关系：P=αE
13
9
激光拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy
激发虚态
h(0 - )
Rayleigh散射：
E1 + h0
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
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
拉曼光谱分析法教学课件
拉曼光谱仪的使用方法
样品制备
将待测样品制备成适合测量的 形态，如固体、液体或气体等 。
光谱采集
将制备好的样品放入样品室， 关闭样品室门，开始采集拉曼 光谱。
开机预热
打开拉曼光谱仪电源，进行预 热，使仪器处于稳定工作状态 。
参数设置
根据样品类型和测量要求，设 置合适的激光波长、功率、积 分时间等参数。
拉曼光谱分析法的发展前景与展望
拓宽应用领域
01
拉曼光谱分析法在环境监测、食品安全、生物医药等领域有着
广泛的应用前景，未来将进一步拓宽其应用领域。
提高检测效率
02
通过优化光路设计、改进信号处理方法等手段，提高拉曼光谱
分析法的检测效率，实现更快速、更准确的检测。
加强国际合作与交流
03
加强国际间的合作与交流，共同推动拉曼光谱分析法的发展与
拉曼光谱分析法特点
01
02
03
无损检测
拉曼光谱分析法是一种无 损检测技术，可以在不破 坏样品的情况下进行分析 。
高分辨率
拉曼光谱分析法具有高分 辨率，能够区分不同的化 学键和官能团。
广泛应用
拉曼光谱分析法在化学、 生物、医学、材料科学等 领域都有广泛的应用。
拉曼光谱仪的构成
02
与使用
拉曼光谱仪的构成
拉曼光谱分析法的
04
数据处理与解析
拉曼光谱数据的预处理方法
基线校正
消除光谱基线漂移，提高信噪比 。
平滑处理
降低光谱噪声，提高数据质量。
归一化处理
消除光强差异，便于不同光谱间 的比较。
拉曼光谱数据的解析方法
峰位识别
确定拉曼特征峰的位置，鉴别物 质种类。
拉曼光谱技术使用教程
拉曼光谱技术使用教程引言拉曼光谱技术是一项重要的分析方法，它可以用于研究样品的化学结构和组成。
本文将介绍如何使用拉曼光谱技术进行样品分析，并探讨其在不同领域的应用。
一、什么是拉曼光谱技术拉曼光谱技术是一种非破坏性的光谱分析方法，它基于拉曼散射现象。
当样品受到激光的照射时，其中的分子会发生振动，从而产生散射光。
拉曼光谱通过测量散射光的频率和强度来分析样品中的分子结构及其组成。
二、使用拉曼光谱技术的步骤1. 准备样品：首先需要准备样品，并确保其适合进行拉曼光谱分析。
样品应具有透明度，避免强烈吸收激光光源。
对于固体样品，可以使用显微镜将其放在透明的载玻片上进行分析。
对于液体样品，可以使用透明的玻璃容器。
2. 调整仪器：根据样品的特点和需求，调整拉曼光谱仪的参数。
包括选择适当的激光波长、调整激光功率和选择合适的光谱范围等。
同时，还要确保仪器的正常运行和校准。
3. 采集光谱：将样品放置在拉曼光谱仪的样品台上，确保样品与激光光源相互作用。
用适当的时间来采集散射光的光谱图。
为了提高样品信号的强度，可以使用累积多个光谱的方法。
4. 数据分析：将采集到的光谱数据进行分析，可以使用各种软件和算法。
通常，拉曼光谱数据会被转换成图形或谱峰来解释化学结构或进行定量分析。
三、拉曼光谱技术的应用1. 药物研发：拉曼光谱技术可以用于研究药物的结构和成分。
通过比较药物原料与制剂的拉曼光谱，可以确定其纯度和稳定性，从而提高药物品质。
2. 食品分析：拉曼光谱技术可以用于食品成分的分析和鉴别。
通过测量食品样品的拉曼光谱，可以确定其成分、添加剂和质量。
3. 生物医学领域：拉曼光谱技术在生物医学领域中有广泛的应用。
它可以用于检测细胞和组织的变化，诊断疾病，监测药物在体内的分布等。
4. 环境监测：拉曼光谱技术可用于环境样品的分析，如水质分析、空气中污染物的检测等。
它具有非侵入性和快速响应的特点，适用于现场的环境监测。
结论拉曼光谱技术是一项重要的分析工具，它在多个领域中有广泛的应用。
Raman拉曼光谱--ppt课件
20世纪60年代起,随着激光技术的飞速发展,引 入新型激光作为激发光源,使得拉曼光谱技术
获得迅速发展(激光拉曼光谱).
相继出现了一些新的拉曼光谱技术,如共振拉 曼光谱法,表面增强拉曼光谱法,非线性拉曼 光谱法,快速扫描拉曼光谱法等.目前拉曼光 谱技术已在化学化工,半导体电子,聚合物,生 物医学,环境科学等各领域得到广泛应用.
● C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
● 醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常 数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谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
ppt课件
26
举例1：
C-H弯曲
ppt课件
27
举例2：乙炔的红外和拉曼光谱
Asymmetric C-H Stretch
ppt课件
15
第四节 拉曼光谱与红外光谱的比较
拉曼光谱与红外光谱均起源于分子的振动和转动。但产生两种 光谱的机理有本质的区别。红外光谱是分子对红外光源的吸收 所产生的光谱，拉曼光谱是分子对可见光（在FT-Raman中可 选用近红外光）的散射所产生的光谱。
同一振动模的拉曼位移和红外吸 收光谱的频率是一致的。用相对 于瑞利线的位移表示的拉曼光谱 波数与红外光谱的波数相一致。
瑞利散射: 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；频率不发生改变 的辐射散射(u=u0)；强度与l0的四次方成反比
拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； 频率发生改变的辐射散射(u=u0△u)
ppt课件
光的 散射
8
光的散射
λ
拉
曼
λ
增 大
减 小
λ
散 射
变
样 透过光λ不变
拉曼光谱培训讲义..
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。
历史1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质(液体苯)被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射。
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)；分子吸收频率为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。
拉曼散射光谱的特征a. 拉曼散射谱线的波数虽然随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉曼谱线的位移与入射光的波长无关,只和样品的振动转动能级有关；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。
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
第5章拉曼光谱分析法ppt课件
拉曼散射光谱的基本概念
图6-33 散射效应示意图 （a）瑞利和拉曼散射的能级图 （b）散射谱线
拉曼散射光谱的基本概念
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁 到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态， 与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯 托斯线。
拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之 差称为拉曼位移。拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。 因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的 拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。在正常情况 下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度 比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采 用斯托克斯线研究拉曼位移。
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
拉曼光谱在材料研究中的应用
激光拉曼散射光谱法
拉曼光谱的选择定则与高分子构象
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者结 合使用能够得到更丰富的信息。这种互补的特点， 是由它们的选择定则决定的。凡具有对称中心的分 子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率 相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则”。例 如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼 光谱没有一条谱带的频率是一样的。
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基用 红外光谱较易检测出来
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明（图 6-34）。
聚乙烯分子中具有对称中心，红外与拉曼光谱呈现完全不同的振动模 式。在红外光谱中，CH2振动为最显著的谱带。而拉曼光谱中，C-C振动有 明显的吸收。
生物大分子的拉曼光谱研究
拉曼光谱分析全套教学课件
Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm F2= 800mm
XPloRA
全系列光谱仪
—多种光谱分辨率仪器可选择
l1 l2
Aramis
HR 800
T64000
U1000
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
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LabRAM HR
Intensity (A.U.)
拉曼是物质的指纹光谱
2000200000 1500150000 1000100000
50050000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
CCO modes
Skeletal Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
CH3 Stretching Modes
超大面积光栅
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NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖
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全球最大拉曼光谱仪制造商
➢ 拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家 （Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具 有40多年的设计和生产历史。 ➢ 在全球已有5000多台仪器安装，是全球 最大的拉曼光谱仪制造商。
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。
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如果分子的振动形式对于红外和拉曼都是活性的， 那么它们的基团频率是等效和通用的。
室温时处于激发态的分子比基态的分子数少，
Anti-stocke线也远弱于stocks线。 温度升高，反斯托克斯线增加。
散射示意图
Anti-Stocks线
Stocks线
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
Raman 散射
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
应用中 问题
应使用多谱线输出的激光器或可调谐激光器
试样吸收激光能而热分解（脉冲激光光源 和旋转试样架） 荧光干扰（利用时间差消除）
§11-2 拉曼光谱与红外光谱的关系
同
同属分子振(转)动光谱
异 红：外红：外适用于分研子究对不同红原外子光的极的性吸键收振动 －OH强, 度－由C＝分O子，偶－极C－距X决定
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述 二、拉曼光谱图
1、瑞利散射与拉曼散射 2、拉曼光谱图 3、拉曼光谱与分子极化率的关系
三、去偏振度 四、共振拉曼效应
§11-1 拉曼光谱原理 一、概述
C.V.Raman，the Indian physicist 1930 Nobel Prize
散射光谱（拉曼光谱）——拉曼散射光谱 分子振动与转动光谱 拉曼光谱分析技术是以拉曼散射为基础建立起
拉曼活性与红外活性
No
Image 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
互斥法则：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。
互禁法则：对少数分子的振动，其红外和 拉曼都是非活性的。如乙烯分子的扭曲振 动，不发生极化率和偶极矩的变化，其红 外和拉曼都是非活性的。
瑞利散射λ不变 拉曼散射λ变
①：散射光的波长与入射光相同。 弹性碰撞无能量交换。→ 瑞利散射
②：瑞利散射波长两侧还有散射光，非弹性碰 撞，有能量交换，波长有变化。 → 拉曼散射
λ
λ
拉
曼
增减散 大小射
变
λ
样
品
透过光λ不变
池
瑞 利
散
射
λ
不 变
受激虚态不稳定，很快(10-8s)跃回基态
大部分能量不变，小部分产生位移。
三、去偏振度
仪器结构
试样室
双联单色器 第三单色器 检测系统
计算机系统
前置单色器
激光器
激光是偏振光。若在试样池和前置单色器狭缝之间放置
一起偏振器，根据起偏振器的安放方向与激光束的偏振方向平 行或垂直，所记录的拉曼谱带强度（I⊥/I∥）有差别。从而得 到去偏振度的概念。
去偏振度ρ（或退偏比）
I I ||
（b）试样的平行偏振
四、共振拉曼效应
当激光器的激发线等于或接近于待测分子中生色 团的电子吸收（紫外-可见吸收）频率时，入射激光 与生色基团的电子耦合而处于共振状态，所产生的共 振拉曼效应可使拉曼散射增强102～106倍。
共振拉曼效应除可使灵敏度得到提高外，还可提 高选择性。而利用共振拉曼光谱的某些拉曼谱带的选 择增强，可得到分子振动和电子运动相互作用信息。
0
0
100
200
300
400
500
600
Δ ν /cm-1
因此，拉曼光谱图是以拉曼位移为横坐标，谱带 强度为纵坐标作图得到。
拉曼位移（Raman shift）
Δν=| ν拉曼散射 – ν激发光 |
即拉曼散射光频率与激发光频率之差取绝对值。Δv 取决于分子振动能级的分布，具有特征性。
由于拉曼光谱是以激发光波数作为零并处于图的最 边且略去反斯托克斯线而得到的谱带，因此得到的是 便于与红外吸收光谱相比较的拉曼光谱图。
与入射光波长无关
适用于分子结构分析
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
1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由 于激光束的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼 光谱的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求 的降低，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉 曼光谱得到了广泛与拉曼散射
光线通过试样，透射仍为主体； 由于波长远小于粒径，小部分散射（垂直方向观测）。 散射过程有两种：
异 拉：曼拉：曼适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
互补
通常有必要同时测定
拉曼位移和红外吸收峰的波数相同，只 是相对强度不同。
结构分析：H4C4N4
拉曼C=C 1623 cm-1 强 红外C=C 1621 cm-1 强
CN C
NH2
CN C
NH2
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
CCl4的拉曼光谱
10000
便携式仪器实测图
456
8000
（Stocks线）
311
6000
相对强度
4000
217
可见，拉曼光谱观测的是相对于入射光频率 的2位0 0移0 （用波数表示）。
来的分子结构表征技术
主要适用于有机物官能团定性和结构分析，与红外光谱 类似，但特点不同。
拉曼光谱的发展：
是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发 现（获1930年诺贝尔物理学奖）。
1928～1940年，受广泛重视，曾是研究分子结构的主 要手段。
1940～1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因 为红外技术的进步和商品化得到发展；而拉曼效应太弱 （约为入射光强的10-6），且对被测样品要求高。
对称分子ρ= 0 非对称分子ρ介于0到3/4之间 ρ值越小，分子对称性越高
一般的光谱只能得到频率和强度两个参数，而拉 曼光谱还可得到另一个重要的参数——去偏振度。这 对于各振动形式的谱带归属和重叠谱带的分离是很有 用的。
处于218cm-1及314cm-1的拉曼谱带，测得值约为 ρ= 0.75，属于不对称振动；459cm-1处的ρ= 0.007 则为对称振动。