拉曼光谱分析

第24讲

本讲重点：

1．拉曼光谱的基本原理。

2．拉曼光谱产生的条件。

第3节拉曼光谱分析

1拉曼光谱分析的基本原理

1.1概述

拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射叫做瑞利散射，由英国科学家瑞利于1899年进行了研究。但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带，并且这种散射光谱是研究分子结构的主要手段。因这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔奖，且这种散射光谱以拉曼的名字命名。

1928~1940年，拉曼散射光谱受到广泛的重视，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；随后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；到了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的应用，越来越受研究者的重视。

1.2拉曼光谱的基本原理（重点）

光与透明物质之间的作用分以下几种：透射、反射、吸收、散射。

散射：光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射

散射的分类：

（1）弹性散射（瑞利散射）：入射的光子与物质相互作用后 ,方向改变,能量不变，λ不变

散射光和入射光波长相同，散射光的强度和散射方向有关，并和波长的四次方成反比。按这一定律，短波光的散射比长波光要强得多，如太阳光中蓝色光被微小尘埃的散射要比红色光强十倍以上。晴朗的天空所以呈浅蓝色，完全是大气散射太阳光的结果。大气的散射一部分来自悬浮的尘埃，大部分是密度涨落引起的分子散射。按瑞利定律，太阳光中的短波成分更多地被散射掉了，在直射的太阳光中剩余较多的是长波成分。即天空呈现蓝色。

（2）非弹性散射：入射的光子与物质相互作用后 ,不仅方向改变，而且有能量交换，λ发生变化，

拉曼效应：光子与样品分子间发生了非弹性碰撞使光子的能量(或频率)发生改变的一种现象;能量变低(波数减少)的散射光线称Stokes 线,能量变高(波数增加)的散射光线称反Stokes 线。

拉曼位移△υ：入射光与散射光的波数差。因此拉曼位移是分子振动能级的直接量度。 701

1()10νλλ

?=-?

式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。

△υ的单位为cm

-1 △ υ=0 瑞利散射

△ υ〉0 拉曼散射的stroks 散射 （斯托克斯散射）

在拉散射中，若光子把一部分能量给样品分子，在小于入射光频率处接收到散射光线，称之为斯托克斯线

△ υ〈0 拉曼散射的反stroks 散射 （反斯托克斯散射）

在拉曼散射中，若光子从样品分子中获得一部分能量，在大于入射光频率处接收到散射光线，称之为反斯托克斯线。

物理学原理

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。下图是说明拉曼效应的一个简化能级图。

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，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state ），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，散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。

注：（1）拉曼谱线的频率虽然随着入射光频率而变化，但拉曼光的频率和瑞利散射光的频率之差却不随入射光频率而变化，而与样品分子的振动转动能级有关。

（2）对同一物质：Δυ与入射光频率无关；表征分子振-转能级的特征物理量，是定性与结构分析的依据。

（3）和红外光谱一起俗称姊妹谱。

1.3拉曼光谱产生的条件（重点）

样品分子被入射光照射时，光电场使分子中的电荷分布周期性变化，产生一个交变的分子偶极矩。偶极矩随时间变化二次辐射电磁波即形成光散射现象。

单位体积内分子偶极矩的矢量和称为分子的极化强度，用P表示。极化强度正比于入射电场

=

E

Pα

α被称为分子极化率。

分子振动过程中有极化率的变化。

需伴随分子极化率α变化的分子振动模式才具有拉曼活性，产生拉曼散射

2 拉曼光谱的特征及影响因素

2.1 拉曼光谱图的表示方法

拉曼位移相对于散射光强度作图即得拉曼光谱图。纵坐标是散射强度，用任意单位表示，横坐标是拉曼位移、通常采用相对于瑞利线的位移数值表示，单位为波数(cm-1)，瑞利线的位置为零点。

位移为正数的谱线是反斯托克斯线．位移为负数的是斯托克斯线。

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,在以波数为变量的拉曼光谱图上，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。

一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。

2.2 拉曼光谱图的特征

每种物质都有其特定的组成和结构 ,若与光存在相互作用 ,在拉曼光谱上就可以观察到特定的光谱曲线。拉曼光谱的峰带通常较狭窄 ,具有准确的特征标志 ,因而对物质的鉴别有重要的作用。

拉曼位移可以反映物质分子和晶体的振动谱,通过分析拉曼光谱的峰位、峰强、线型、线宽达到从分子水平研究样品结构及分析鉴定物质。

3 拉曼光谱实验技术

3.1拉曼光谱仪概述

两大类：激光拉曼光谱仪和傅里叶拉曼光谱仪。重点是前者。

激光拉曼光谱仪：美国人Perkin—Elmer于1964年试制成功第一台激光拉曼分光光度计LR-1型。此时，激光拉曼光谱开始定型。到1972年，美国、日本、法国均在不断进行研究并有激光拉曼分光光度计出售，定型的型号已有20种左右。

3.2 工作原理

激光拉曼光谱仪一般由激光光源、样品台、扩束器、滤光片、CCD检测系统、计算机记录和信息处理系统等组成。

激光器输出的紫外或可见光束经扩束器扩大光斑尺寸后，经透镜系统聚焦到样品台上，激发试样分子产生拉曼散射光，散射光经瑞利滤光片滤光后将收集到的拉曼散射光信号，聚焦到分光器的入口狭缝上，通过分光器分光，然后经出射狭缝至CCD检测系统把信号放大处理送到记录系统，当分光器与记录系统同步运行时就记录下试样的拉曼光谱。

常见的激光拉曼光谱仪性能指标：

测试范围：

1)使用氩离子激光器，50-9400cm-1

2)使用氦氖激光器，100-5800cm-1

3)使用二极管激光器，100-3200cm-1

最小测试面积：1平方微米；

分辨率：1-2cm-1（随选用的光栅不同而不同）。

3.3拉曼光谱的特点

优点：扫描范围大，远中近红外区均可测试，近红外区可测试样品的发光谱

可作微区结构分析对样品无要求，固液气均可，无损检测

不受水的影响；可做不同形貌的样品

缺点：有荧光效应，会干涉图谱

黑色样品不能做

3.4 拉曼光谱的应用

（1）拉曼光谱在高分子材料结构研究中的应用

A．在高分子构象研究中的应用

根据互相排斥规则，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。这一原理可帮助推测聚合物的构象。

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，可以判断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。

B．高分子的红外二向色性及拉曼去偏振度

C. 聚合物形变的拉曼光谱研究

纤维状聚合物在拉伸形变过程中，链段与链段之间的相对位置发生了移动，从而使拉曼

线发生了变化。

近年来发展一种所谓的“分子复合材料”，它是由纳米级直径的棒状分子增强树脂基体构成的。“分子复合材料”可以制成各种形状的一维、二维或三维增强体系，并从分子水平上进行增强。

D．医用高分子材料

高分子材料常用于药物传递系统。在许多情况下，药物可通过体液对高分子膜内药物的浸取及药物自身的扩散逐渐被人体吸收，药物分子的大小及高分子膜的交联程度影响药物释放的速度。另一种药物被吸收的方法是高分子生物材料受体液的溶解及水解而逐渐磨耗并放出药物，一系列合成高分子材料具有生物降解的化学键存在，它通过生物体液水解而断裂，即所谓生物降解

．．．．。FT-Raman光谱是研究此类体系的较好技术，因为水的干扰小。

（2）拉曼光谱在材料表面化学研究中的应用

高分子材料表、界面的结构变化或化学反应常常影响材料的性能。聚合物的表面结构及复合物的界面结构研究，对于工程材料、粘合剂及涂料工业都有重要意义。近来出现的“表面增强拉曼散射”（Surface Enhanced Raman Scattering，简称SERS）技术可以使与金属直接相连的分子层的散射信号增强 105~106倍。这一惊人的发现使激光拉曼成为研究表面化学、表面催化等领域的重要检测手段。

（3）拉曼光谱在生物大分子研究中的应用

在生物领域中共振拉曼光谱具有显著的优越性。所谓共振拉曼光谱是当激光频率和生色团的电子运动的特征频率相等时，就会发生共振拉曼散射。共振拉曼散射的强度比正常的拉曼散射大好几个数量级。由于共振拉曼散射技术有很高的灵敏度，因而对研究在很稀的溶液中的生物生色基团提供了一个很灵敏的方法。

（4）拉曼光谱在无机体系研究中的应用

对于无机体系，拉曼光谱比红外光谱要优越得多，因为在振动过程中，水的极化度变化很小，因此其拉曼散射很弱，干扰很小。此外，络合物中金属一配位体键的振动频率一般都在100~700cm-1范围内，用红外光谱研究比较困难。然而这些键的振动常具有拉曼活性，且在上述范围内的拉曼谱带易于观测，因此适合于对络合物的组成、结构和稳定性结方面进行研究。

思考题

1、何谓拉曼光谱？说明拉曼光谱产生的机理与条件？

2、拉曼位移是什么？拉曼谱图的表示法？

3、红外与拉曼活性判断规律？指出下列分子的振动方式哪些具有红外活性、哪些具有拉曼活性。为什么？

（1）O2 H2（2）H2O的对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动。

4、红外与拉曼光谱分析相比较，拉曼光谱在结构分析中的特点是什么？

拉曼光谱的原理及应用.doc

拉曼光谱的原理及应用 拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性,体积小而功率大的二极管激光器,与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计,提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。 （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。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： 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。 c. 一般情况下,斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann分布,处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。 （三）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 拉曼一次可以同时覆盖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 3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐,更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中,独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。 4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米,常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且,拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小,可分析更小面积的样品。 5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动,这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。（四）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 (五) 拉曼频移,拉曼光谱与分子极化率的关系 1、拉曼频移：散射光频与激发光频之差,取决于分子振动能级的改变,所以它是特征的,与入射光的波长无关,适应于分子结构的分析 2、拉曼光谱与分子极化率的关系 分子在静电场E中,极化感应偶极矩P为静电场E与极化率的乘积 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子的极化率 分子中两原子距离最大时,极化率也最大 拉曼散射强度与极化率成正比例 （六）应用激光光源的拉曼光谱法 应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性,与表面增强拉曼效应相结合,便产生了表面增强拉曼光谱。其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使分析的信噪比大大提高。已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍,有利于低浓度和微量样品的检测。已用于无机、有

“拉曼光谱仪”

“拉曼光谱仪” 计量校准规范 （制定） 编制说明 中国计量科学研究院山东省计量科学研究院 2014年07月10日

一．任务来源 受国家质量监督检验检疫总局的委托，中国计量科学研究院和山东省计量科学研究院于2013年开始起草制定《拉曼光谱仪》计量校准规范。 二．国内外现状和需求 拉曼光谱是一种散射光谱，反映了被激发分子的振动、转动等方面信息，是一种快速、简单、可重复、无损伤的定性定量分析技术。拉曼光谱分析技术具有可适应各种试样形态、试样准备简便、可精确定位分析、可定量或半定量测定等优点，在基础医学、前沿生命科学、材料科学、刑侦、法庭科学等领域具有广泛的应用。拉曼光谱仪的主要技术指标包括光谱分辨率、光谱重复性、频移和相对强度准确性等，这些参数共同决定了拉曼光谱仪在鉴别物质时的准确性和测定含量时的准确度。 近年来随着国内光谱分析技术研究的深入，各科研院所和公安司法鉴定机构购置拉曼光谱仪的需求正在与日增加。国内已有数千台在用拉曼光谱仪，而且这个数字还在不断增长。这些设备大多从国外进口，各厂商仅依据自己的标准对出厂设备进行验收，各实验室对拉曼光谱仪的质量控制也基本停留在自检自校或依赖于厂商的售后支持的状态。此外，拉曼光谱仪在医药卫生、食品安全、刑事侦查、宝石鉴定等要求量值高准确性的领域的应用也越来越广。因此，通过制定校准规范，可以统一该类仪器的计量性能和相应的校准方法，确保此类仪器量值准确，保证拉曼光谱仪测量结果的可靠性。 三．起草过程 中国计量科学研究院已开展了多年的拉曼光谱仪校准方法和量值溯源研究。在接受国家总局的委托后，中国计量科学研究院和山东省计量科学研究院又广泛征求了厂家、用户和技术监督部门等方面的意见。 目前尚无拉曼光谱仪相关ISO标准或国内标准。本校准规范中的计量性能参数和校准方法部分借鉴了美国试验与材料协会标准ASTM-E1683-2002 (Reapproved 2007) Standard practice for testing the performance of scanning Raman spectrometers。同时，我们基于中国计量科学研究院的课题研究成果，积累了大量实验数据，并完成了适用性验证实验，最后编制完成拉曼光谱仪校准规范的征求意见稿。

四氯化碳的拉曼光谱研究

四氯化碳的拉曼光谱研究 摘 要：本文以波长为532nm 的半导体激光器作为光源，研究了CCl 4液体样品分子的拉曼 光谱。测量得到了其四个简振模式的波长。同时测量得到了各模式对应谱线在垂直与平行于偏振面方向的退偏度的大小。 关键词：拉曼散射光谱 单色仪 感应电偶极矩 退偏度 一、 引言 拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时 产生的一种非弹性散射现象。以分子为例，拉曼线的数目、频移值大小和谱线强度直接与样品的振动和转动能级有关，而且从拉曼线的线宽测量还可以提供有关能级寿命的信息，因此，利用拉曼散射光谱可以研究分子中原子的空间排列和相互作用。 20世纪60年代激光问世，由于极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。它产生的拉曼谱线极强，再加上采用双联单色仪和三联单色仪等分光系统大大抑制了背景噪声，并运用发展了的弱信号检测技术，导致了拉曼光谱学的复兴。另一方面，仍然基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和相干反斯托克斯散射等新的实验技术和手段，不仅进一步提高了分析灵敏度，而且还开辟了一些新的研究领域。 二、 实验原理 本实验仅考虑分子振动所引起的拉曼光谱。首先介绍一下分子的振动机制，然后再说明分子振动与拉曼散射谱线的关系。 2.1 分子的振动 由N 个原子组成的分子具有N 3个自由度。在描述分子运动时，通常分解为分子质心的平动，分子整体的转动，以及各原子在其平衡点附近的振动，分子振动有自己的振动模式（简正模），不同的简正振动具有不同的“简正频率”，可以用“简正坐标”。一个简正坐标对应于一种频率的简正振动。 2.2 分子的拉曼散射光谱 不同的一个多原子分子振动时，总可以根据运动的分解与叠加原理把分子的复杂振动分解为由简正模所组成的简正振动。当频率为0ω的光入射到分子上时，光的频率0ω与分子振动的简正频率k ω相互耦合，结果会产生新的光辐射的频率k ωω±0，这种光辐射就是拉曼光谱谱线中的（反）斯托克斯分量，而对于弹性散射的光子而言，其散射光的频率没有变化，这就是拉曼光谱中的瑞利谱线。所以拉曼光谱中，（反）斯托克斯总是对称分布于瑞利线的

拉曼光谱现状研究

拉曼光谱现状研究 拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。它是1928年印度物理学家C.V. Raman发现的。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。拉曼光谱作为一种物质结构的分析测试手段而被广泛应用,尤其是60年代以后,激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用, 拉曼光谱得到了迅速的发展,出现了很多新的拉曼光谱技术,使拉曼光谱分析在许多应用领域取得很大的发展。目前,拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。 一拉曼光谱的发展 拉曼光谱又称拉曼效应,是起用发现者印度人C.V.Raman命名的。德文文献中常称之为迈克尔-拉曼(Smekal-Raman)效应,而苏联前若干年的文献中则称之为联合散射,是拉曼于1919年从水分子散射现象中发现的。拉曼光谱最初用的光源是聚焦的日光,后来使用汞弧灯由于它强度不太高和单色性差,限制了拉曼光谱的发展。60年代激光技术的兴起,以及光电讯号转换器件的发展才给拉曼光谱带来新的转机。70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注入活力。80年代以来,一些公司相继推出了拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪,入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高。这些性质使拉曼光谱的应用无论在广度和特异性等方面都得到了空前发展。 二拉曼光谱特点 拉曼光谱产生的原理和机制都与红外光谱不同,但它提供的结构信息却是类似的,都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况,从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。分子偶极矩变化是红外光谱产生的原因,而拉曼光谱是分子极化率变化诱导产生的,它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。在分子结构分析中,拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。因此,一些在红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。拉曼效应普遍存在于一切分子中,无论是气态,液态和固态,拉曼散射光谱对于样品制备没有特殊要求;对于样品数量要求比较少,可以是毫克甚至微克的数量级。拉曼散射最突出的优点是采用光子探针,对于样品是无损伤探测,尤其适合对那些稀有或珍贵的样品进行分析,甚至可以用拉曼光谱检测活体中的生物物质。 拉曼光谱的缺点之一是会产生荧光干扰,样品一旦产生荧光,拉曼光谱会被荧光所湮灭检测不到样品的拉曼信号。二是检测灵敏度低。 三几种常见的拉曼光谱技术 3?1共焦显微拉曼光谱技术 显微拉曼光谱技术是将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的一种

拉曼光谱仪器测试原理与仪器使用指南

拉曼光谱仪器测试原理与仪器使用指南 基于印度科学家 C.V.拉曼（Raman）发现拉曼散射效应：不同的入射光频率的散射光谱进行分析所得到的分子振动、转动的信息，并应用于分子结构分析研究的一种分析方法，称为拉曼光谱（Raman spectra）。其中，拉曼光谱是一种散射光谱。 1激光拉曼光谱基本原理 激光入射到样品，产生散射光：散射光为弹性散射，频率不发生改变为瑞丽(Rayleigh)散射；散射光为非弹性散射，频率发生改变为拉曼(Raman)散射。如图：Rayleigh散射(左)：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；Raman散射（右）：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换。其中，E0基态，E1振动激发态；E0+ hν0 ，E1+ hν0 激发虚态；获得能量后，跃迁到激发虚态。 (图片来自百度) Raman散射：两种跃迁能量差：△E=h(V0 -△V)，产生stokes线；强；基态分子多；△E=h(V0 +△V)，产生反stokes线；弱。Raman位移：Raman散射光与入射光频率差△n。 (图片来自百度)

斯托克斯线(Stokes)：基态分子跃迁到虚能级后不会到原处基态，而落到另一较高能级发射光子，发射的新光子能量hv'显然小于入射光子能量hv，△V 就是拉曼散射光谱的频率位移。反斯托克斯线(anti-Stokes)：发射光子频率高于原入射光子频率。 拉曼位移(Raman shift)：△V 即散射光频率与激发光频之差。拉曼位移△V 只取决于散射分子的结构，而与V0无关，所以拉曼光谱可以作为分子振动能级的指纹光谱。与入射光波长无光，适用于分子结构分析。 2 拉曼光谱仪 散射光相对于入射光频率位移与散射光强度形成的光谱称为拉曼光谱。拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。拉曼光谱仪分为激光Raman光谱仪(laser Raman spectroscopy)和傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)。 1)、激发光源：常用的有Ar离子激光器，Kr离子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG激光器，二极管激光器等。拉曼激发光源波长：325nm(UV)，488nm(蓝绿)，514nm(绿)，633nm(红)，785nm(红)，1064nm(IR)。 2)、样品装置：样品放置方式，包括直接的光学界面，显微镜，光纤维探针和样品。 3)、滤光器：激光波长的散射光（瑞利光）要比拉曼信号强几个数量级，必须在进入检测器前滤除，另外，为防止样品不被外辐射源照射，需要设置适宜的滤波器或者物理屏障。 4)、单色器和迈克尔逊干涉仪：有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。 5)、检测器：传统的采用光电倍增管，目前多采用CCD探测器，FTRaman 常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。 激光Raman光谱仪(laser Raman spectroscopy)：激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；Ar激光器，波长514.5 nm，488.0nm；散射强度∝1/λ；单色器：光栅，多单色器；检测器：光电倍增管，光子计数器。

拉曼光谱及其在现代技术中的应用

拉曼光谱及其在现代技术中的应用 1 拉曼光谱发展历史 印度物理学家拉曼于1928年用水银灯照射苯液体,发现了新的辐射谱线:在入射光频率ω 的两边出现呈对称分布的,频率为ω0-ω和ω0+ω的明锐边带,这是 属于一种新的分子辐射,称为拉曼散射,其中ω是介质的元激发频率。与此同时,前苏联兰茨堡格和曼德尔斯塔报导在石英晶体中发现了类似的现象,即由光学声子引起的拉曼散射称之谓并合散射。 到40年代中期,红外技术的进步和商品化使拉曼光谱的应用一度衰落。1960年以后,红宝石激光器单色性好,方向性强,功率密度高,用它作为激发光源,大大提高了激发效率，成为拉曼光谱的理想光源。70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注入活力。80年代以后,拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪由于采用了凹陷滤波器(notch filter)来过滤掉激发光,使杂散光得到抑制,就只需要采用单一单色器,使光源的效率大大提高,这样入射光的功率可以很低,灵敏度得到很大的提高，这使拉曼光谱的应用范围更加广阔。 2 拉曼光谱的原理 当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时,大部分光子仅发生散射改变方向,其频率仍与激发光源一致,这种散射称为瑞利散射。但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向,而且也改变了光波的频率,这种散射称为拉曼散射。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。 2.1 拉曼散射 拉曼散射的产生可以从光子和样品分子作用时光子发生能级跃迁来解释。 样品分子处于电子能级和振动能级的基态，入射光子的能量远大于振动能级跃迁所需要的能量，但又不足以将分子激发到电子能级激发态。样品分子在吸收了光子后，被激发到较高的不稳定的能态（虚态）。当样品分子激发到虚态后又回到低能级的振动激发态，此时激发光能量大于散射光能量，散射光频率小于入射光。这时在瑞利散射线较低频率侧就会出现一根拉曼散射线，这条线称为Stokes线。

高压下尼龙6的拉曼光谱研究

e-Polymers2011, no. 049https://www.wendangku.net/doc/ee5219627.html, ISSN 1618-7229 A Raman study of nylon 6 annealed under high pressure Weijie Xu , Dahu Cao,*Qiang Yu *School of Materials Science & Engineering, Changzhou University, Changzhou, China; fax: 86-0519-********; e-mail: caodh2003@https://www.wendangku.net/doc/ee5219627.html,. (Received: 02 July, 2010; published: 17 May, 2011) Abstract:Using a cubic-anvil high pressure apparatus, nylon 6 samples were annealed under 400 MPa to 1.5 GPa. The structure changes of nylon 6 are studied by the methods of wide-angle X-ray diffraction (WAXD), differential scanning calorimetry (DSC) and Raman spectra. Compared with sample prepared at ambient pressure, high pressure treatment makes the hydrogen-bonded sheets pack more closely and thus enhanced CH2vibration out of the hydrogen-bonded sheets. After high pressure treatment, it is observed that all changes of C-C related vibration modes in nylon 6 are similar with ones in nylon series when the CH2 sequence number increased, from which it is deduced that high pressure treatment reduces the effects of amide group on the chain conformation of nylon 6. Introduction High pressure treatment often causes drastic structure, morphology and physical property changes in polymers. Studies have shown that polyethylene would convert into hexagonal phase from orthorhombic structure at moderately high temperature and above 350MPa [1]. A different kind of polymer morphology, called extended-chain crystals [2-5], can be formed under high pressure instead of spherulites crystals obtained at ambient pressure. So far, most of the high pressure researches on polymer treatment are focused on the preparation of different kinds of extended-chain crystals [6-8] and their formation mechanism [9-12] motivated by the excellent strength of extended-chain crystals predicted in theory. It is reasonable to deduce from researches on proteins [13],which also have long chain conformation, that high pressure should have more subtle effects on the polymers, such as structure changes of groups, conformation and intermolecular interaction, however, these effects were not studied extensively except for polyethylene [14,15]. Nylon 6, widely used as an important engineering plastic, like other polymers [6-8] forming extended-chain crystals under high pressure [16,17], has linear molecular structure composed of symmetrical molecular backbones, whose vibration bands often show strong peaks in Raman spectra [18-19], a powerful test method to analyze the changes of the polymer skeleton [20]. The first synthesis of nylon 6 extended-chain crystals and its FTIR spectra study were reported by Gogolewski et al. [21] in 1973. So far, the effects of pressure on the melting point and crystallinity in nylon 6 had been studied by a few researchers [16,17, 21], and there is no Raman spectra study on high pressure treated nylon 6. The present paper describes in detail the microstructure changes of nylon 6 annealed under high pressure with Raman spectra and other methods. The results show that

激光拉曼光谱分析.doc

第 11 章激光拉曼光谱分析 第十一章激光拉曼光谱分析 （L aser Raman Spectroscopy， LRS） 教学要求 1.理解拉曼散射的基本原理 2.理解拉曼光谱和红外光谱与分子结构关系的主要差别 3.了解拉曼光谱仪器结构 4.了解激光拉曼光谱的应用 重点：拉曼光谱原理；拉曼光谱与红外光谱的关系 难点：拉曼光谱与红外光谱的关系 课时安排： 1.5 学时 §11-1 拉曼光谱原理 一、拉曼光谱 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。 由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分 子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。 拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱 ,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程 ,一般其光强仅约为入射光强的 10-10。 1、瑞利散射 虚拟态 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时， hυ0hυ0 没有能量交换，光子仅改变运动方向，这种散射称瑞利散射。入射光与散射光的频率相同，如图中 2、3 两种情况。 2、斯托克斯 (Stokes)散射 hυ0h(υ0-υ1) hυ0hυ0hυ0h(υ0+υ1) υ=1 υ=0 图 11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 当光子与物质的分子发生非弹性碰撞时，可以得到或失去能量，当受激分子

的拉曼光谱研究 - 原子核物理评论

文章编号:1007-4627(2011)02-0209-06 K r离子注入S i C的拉曼光谱研究* 徐超亮1,2,张崇宏1,李炳生1,张丽卿1,杨义涛1,2,韩录会1,2,贾秀军1,2 (1中国科学院近代物理研究所,甘肃兰州730000; 2中国科学院研究生院,北京100049) 摘 要:应用拉曼光谱研究了5M e V K r离子(注量分别为5×1013,2×1014,1×1015i o n s/c m2)室温注入6H-S i C单晶及其高温退火处理后结构的变化三研究表明,注入样品的拉曼光谱中不仅出现了S i C振动的散射峰,还产生了同核S i S i键和C C键散射峰三S i C散射峰强度随退火温度升高而增强,当退火温度高达1000℃时,已接近未辐照S i C的散射峰强度三晶体S i S i键散射峰强度随退火温度变化不大,而非晶S i S i键散射峰强度随退火温度的增加逐渐消失三相对拉曼强度(R e l a t i v eR a m a n I n t e n s i t y,简称R R I)随注量的增加逐渐减小并趋于饱和,且不同退火温度样品的饱和注量不相同;R R I随退火温度的增加逐渐升高,这在低注量样品中表现得尤为明显三低二中二高3种注量样品的R R I随退火温度的增加从重合逐渐分离,并且退火温度越高,分离越大三关键词:6H-S i C;离子注入;拉曼光谱;相对拉曼强度 中图分类号:O433.4;O472+.3;O77+4 文献标识码:A 1 引言 S i C具有禁带宽度大二击穿电压高二热导率高二电子饱和漂移速度大和介电常数小等诸多特性,在高温二高频和大功率半导体器件领域得到广泛应用,被誉为有巨大前景的第三代半导体[1-2]三在S i C器件工艺中,由于杂质在S i C中的扩散系数很小,通过热扩散工艺掺杂需要极高的温度(甚至高达2000℃[3])三所以离子注入被认为是一种可行的掺杂工艺技术,但是离子注入将不可避免地在S i C 表面及其内部引入大量的缺陷,使其性能受到很大的影响三所以注入后需要高温退火,使受损的晶格得到一定程度的恢复三因此,对离子注入后产生的缺陷与注量和退火温度关联性的研究对S i C器件的制造与应用具有重要的现实意义三 另一方面,由于S i C优越的高温力学性能二高温化学惰性二低放射感生性和低中子俘获截面,使S i C非常适合于在先进核反应堆和核废料处理等高温强辐射的苛刻环境中使用[4-5]三在这种环境中,原子核衰变或核嬗变将不可避免地在S i C材料中引入重惰性气体原子三所以对重惰性气体离子导致的缺陷的研究将有助于解决S i C材料在实际辐照环境中性能和结构变化的问题三 前人的大量工作都是关于较轻惰性气体离子(主要是H e)注入S i C后的气泡形成二缺陷扩散和注入S i C的尺度效应等展开的[1-2,5],但是对重惰性气体离子注入S i C后的退火效应与缺陷演化方面却少有研究三相对于H e注入,重惰性气体离子注入将在材料中产生更多的原子离位损伤三所以,本文以重惰性气体离子K r辐照S i C实验为起点,研究辐照后在不同退火温度下拉曼光谱中相关振动峰与相对拉曼强度的变化以及由此反映出的缺陷演化规律三 拉曼光谱是一种无损检测方法,能够探测化学键及其应力变化三离子注入S i C后影响其S i C键散射峰的位置和强度,同时还会产生新的散射峰,因而可以通过分析拉曼散射峰的位置二强度二宽度和移动等参数分析S i C的晶型二损伤变化三 第28卷 第2期原子核物理评论V o l.28,N o.2 2011年6月N u c l e a rP h y s i c sR e v i e w J u n e,2011 *收稿日期:2010-09-07;修改日期:2010-10-24 * 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10575124,10979063) 作者简介:徐超亮(1984-),男(汉族),内蒙古阿拉善盟人,硕士研究生,从事离子注入与材料改性研究; E-m a i l:c h a o l i a n g x u@i m p c a s.a c.c n

仪器分析[第十四章红外光谱和拉曼光谱分析法]山东大学期末考试知识点复习

第十四章红外光谱和拉曼光谱分析法 1．红外光谱法及特点 (1)利用物质分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基本态到激发态的跃迁，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动一转动光谱，又称为红外光谱，红外光谱属于分子吸收光谱的范畴。 (2)有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。 (3)红外吸收谱带的谱峰的位置、谱峰的数目及其强度，反映了分子结构上的特点，通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及配合物的形成等结构信息可以推测未知物的分子结构。吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关。 (4)在发生振动跃迁的同时，分子转动能级也发生改变，因而红外光谱形成的是带状光谱。 2．红外光谱的产生条件 (1)照射光的能量E=hν等于两个振动能级间的能量差△E时，分子才能由低 振动能级E 1跃迁到高振动能级E 2 。即△E=E 1 一E 2 ，则产生红外吸收光谱。 (2)分子振动过程中能引起偶极矩变化的红外活性振动才能产生红外光谱。 3．分子振动模型及振动方程 可以将多原子分子看成是双原子分子的集合，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动，体系的分子振动方程：

其中μ为折合质量，若设A和B的质量分别为m 1和m 2 ，则 通过振动方程可以看出振动频率ν随力常数k的增加或μ的减少(取决于m 1 和m 2 中较小的一个)而增大。 真实分子的振动并不完全符合胡克定律，不是理想的谐振子，所以谐振子模型应用于真实分子时应加以修正。 4．分子振动自由度 由N个原子构成的复杂分子内的原子振动有多种形式，通常称为多原子分子的简正振动。多原子分子简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度对应于红外光谱图上一个基频吸收带。 在直角坐标系中，每个质点都可以在x，y，z三个方向上运动，所以N个质点运动的自由度为3N个，除去整个分子平动的3个自由度和整个分子转动的3个自由度，则分子内原子振动自由度为(3N一6)个。 对于直线形分子，若贯穿所有原子的轴是在戈方向，则整个分子只能绕y、z轴转动，因此，线性分子的振动形式为(3N一5)个。 由N个原子构成的非线性分子有(N一1)个化学键，所以伸缩振动(键长变化)有(N一1)种，剩余的(2N一5)种称为变形振动(键角变化)，线性分子的伸缩振动和变形振动的个数分别为(N一1)和(2N一4)种。 5．分子的振动类型 振动类型基本上可分为两大类，即伸缩振动和变形振动。

拉曼光谱仪及拉曼光谱的原理及应用

拉曼光谱仪及拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱仪及拉曼光谱的原理及应用 拉曼光谱仪 拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是:CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。 (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。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征 (二)拉曼散射光谱具有以下明显的特征: 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。 c. 一般情况下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。这是由于Boltzmann 分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。 (三)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 拉曼一次可以同时覆盖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 3 拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。

拉曼光谱实验报告

拉曼光谱实验报告 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。由分子振动、固体中光学声子等激发与激光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射。 1928年拉曼光谱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

拉曼光谱仪(Raman)分析测试及应用

拉曼光谱仪（Raman）分析测试及应用 拉曼光谱仪主要适用于科研院所、高等院校物理和化学实验室、生物及医学领域等光学方面，研究物质成分的判定与确认；还可以应用于刑侦及珠宝行业进行毒品的检测及宝石的鉴定。该仪器以其结构简单、操作简便、测量快速高效准确，以低波数测量能力著称；采用共焦光路设计以获得更高分辨率，可对样品表面进行um级的微区检测，也可用此进行显微影像测量。 性能特点 1.共焦显微拉曼光学系统 2.0.8um的影像分辨率 3.Czerny-Turner对称式结构单色仪 4.实时非侵入与非破坏性检测 5.无须或极少准备样品 6.无消耗性化学废弃物 7.高分辨率 8.工作波数范围大，最低可探测波长可达538.9nm 9.可对样品表面进行um级的微区检测 10.可进行显微成像测量 11.快速检测 12.操作简便 工作原理 当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这

时，称这种散射称为瑞利散射；还有一种散射光，它约占总散射光强度的10^-6～10^-10，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光（入射光）的频率，因此称该散射光为拉曼散射。在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。 散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。 应用领域 1.石油领域 检测石油产品质量、定性分析石油产品组成或种类 2.食品领域 用于食品成分的“证实”，以及掺杂物的“证伪” 3.农牧领域 农牧产品的分类及鉴定 4.化学、高分子、制药及医学相关领域 过程控制；质量控制、成分鉴定、药物鉴别、疾病诊断 5.刑侦及珠宝行业 毒品检测；珠宝鉴定 6.环境保护

拉曼光谱仪的使用

激光拉曼光谱仪的使用 一、实验目的 (1) 了解激光拉曼光谱仪的基本结构和工作原理； (2) 学习激光拉曼光谱仪的样品制备方法； (3) 学习激光拉曼光谱仪的操作； (4) 掌握拉曼光谱图的分析 二、激光拉曼光谱仪的基本结构和工作原理 2.1 光的散射 ?? ?拉曼散射 瑞利散射单色光的散射 （1）瑞利散射： 一束频率为0ν的单色光（通常为可见光），当它不能为被照射的物体吸收时，除了透射外尚有1/105 ~ 1/103光与样品分子的发生弹性碰撞（频率不变），而被散射到各个方向的现象。瑞利散射光的强度与散射角有关，且与入射光的四次方成正比。 （2）拉曼散射： 一束频率为0ν的单色光（通常为可见光），当它不能为被照射的物体吸收时，除了透射和瑞利散射外尚有微量的光与样品分子的发生非弹性碰撞，而进行能量交换使光子频率发生改变，其强度约为瑞利散射的1% 。 ???????????→???→????→???→?+-线（强度小）反线（强度大）拉曼位移）（基态振动能级能级当分子处于激发态振动激发态振动能级级当分子处于基态振动能光子光子光子光子Stokes Stokes h h 111100100ννννννννν 拉曼散射的条件：分子极化率α发生变化时。 2.2 拉曼光谱 （1）拉曼光谱的表示 散射光能量随拉曼位移的变化 （2）拉曼光谱图的特征 峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率 （3）影响拉曼光谱图的因素 （4）拉曼光谱的特点 （5）拉曼吸收光谱的测试功能 2.3 激光拉曼光谱仪 三、样品制备方法

3.1 制样要求 3.2 制样方法 四、仪器与材料 激光拉曼光谱仪

第十五章 激光拉曼光谱分析.

第15章激光共焦显微拉曼光谱分析 拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的,拉曼光谱因之而得名。光和介质分子相互作用时会引起介质分子作受迫振动从而产生散射光,其中大部分散射光的频率和入射光的频率相同,这种散射被称为瑞利散射,英国物理学家瑞利于1899年曾对其进行了详细的研究。在散射光中,还有一部分散射光的频率和入射光的频率不同。拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中,经过滤光的太阳光呈现蓝色,但是当光束再次进入溶液后,除了入射的蓝光之外,拉曼还观察到了很微弱的绿光,拉曼认为这是光与溶剂分子相互作用产生的一种新频率的光谱线。因为这一重大发现,拉曼于1930年荣获诺贝尔物理学奖。 拉曼光谱得到的是物质的分子振动和转动光谱,是物质的指纹性信息,因此拉曼可以作为认证物质和分析物质成分的一种有力工具。而且拉曼峰的频率对物质结构的微小变化非常敏感,所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察,来研究在某些特定条件下,例如改变温度、压力和掺杂特性等,所引起的物质结构的变化,从而间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息,如应力分布等。 拉曼光谱技术具有很多优点:光谱的信息量大,谱图易辨认,特征峰明显;对样品无接触,无损伤;样品无需制备;能够快速分析、鉴别各种材料的特性与结构;激光拉曼光谱仪的显微共焦功能可做微区微量以及分层材料的分析(1 μm左右光斑;能适合黑色和含水样品以及高低温和高压条件下测量;此外,拉曼光谱仪使用简单,稳固而且体积适中,维护成本也相对较低。 激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支,应用十分广泛。在化学方面应可应用于有机化学、无机化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究;在物理学方面可以应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等,此外在相干时间、固体能谱方面也有及其广泛的应用。 15.1基本原理

拉曼光谱仪的原理和结构-科邦实验室

拉曼光谱仪的原理及结构 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。作为分子光谱领域最为活跃的仪器类别之一，拉曼光谱仪器的应用也越来越光。下面小编，给您介绍一下拉曼光谱分析仪的原理及结构。 1.激光拉曼光谱原理 当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这时，称这种散射称为瑞利(Rayleigh)散射；还有一种散射光，它约占总散射光强度的10^-6~10^-10，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光（入射光）的频率，因此称该散射光为拉曼(Raman)散射。在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。 斯托克斯线(Stokes)：基态分子跃迁到虚能级后不会到原处基态，而落到另一较高能级发射光子，发射的新光子能量hv'显然小于入射光子能量hv，△V就是拉曼散射光谱的频率位移。反斯托克斯线(anti-Stokes)：发射光子频率高于原入射

光子频率。 拉曼位移(Raman shift)：△V即散射光频率与激发光频之差。拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的（电子云发生变化）。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。 2、拉曼光谱仪分类及结构 拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。 ①激发光源：常用的有Ar离子激光器，Kr离子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG 激光器，二极管激光器等。 ②样品装置：样品放置方式，包括直接的光学界面，显微镜，光纤维探针和样品。 ③滤光器：激光波长的散射光（瑞利光）要比拉曼信号强几个数量级，必须在进入检测器前滤除，另外，为防止样品不被外辐射源照射，需要设置适宜的滤波器或者物理屏障。 ④单色器和迈克尔逊干涉仪：有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。 ⑤检测器：传统的采用光电倍增管，目前多采用CCD探测器，FTRaman常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。 拉曼光谱仪又细分为激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)和傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)。其结构组成及特点如下： （1）激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)