拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展
施玉珍
1,2 陈志春1 林贤福311(浙江大学化学系,杭州310027) 2(河西学院化学系,张掖734000)
摘 要 综述了拉曼光谱和红外光谱无损分析技术在医学、药物、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域的最新进展。
关键词 无损分析技术,拉曼光谱,红外光谱,评述
2003206221收稿;2004205224接受
本文系浙江省科技厅国际合作基金资助项目(No .021106132)
1 引 言
无损检测技术是在现代物理学、电子学、计算机技术、信息处理技术等学科的基础上发展起来的一门综合性技术。发达国家特别重视无损检测技术。美国在政府工作报告中明确把无损检测技术中心作为国家六大技术中心之一进行建设。
利用红外光谱和拉曼光谱技术对样品进行无损分析,具有测试样品非接触性、非破坏性、检测灵敏度高、时间短、样品所需量小及样品无需制备等特点。在分析过程中不会对样品造成化学的、机械的、光化学和热的分解,是分析科学领域的研究热点之一,被广泛应用于医学、药物、文物考古、宝石鉴定和法庭科学等方面,本文就近年来拉曼光谱和红外光谱无损分析技术的研究进展作一综述。
2 拉曼与红外光谱无损分析技术的应用
2.1 医学生物材料与药材的无损分析
细胞和组织是由蛋白质、核酸、糖、脂质、辅酶、维生素等成分组成的结构复杂的生命的基本单元,而疾病可能是因为细胞和组织的生物化学变化造成的。FTI R 和Ra man 光谱可以对生物材料样品进行测
定而不会改变样品的性状,为此应用这项技术研究动物组织和细胞可用于医学诊断,取得了成功[1～3]。
Schrader 等[1～3]对细菌和真菌的N I R 2FT 2Ra man 光谱研究表明,拉曼光谱可用于活体微生物的几个
特性的观察:孢子的形成、贮藏化合物的积聚及抗体的检出。对人类肝脏的研究表明,当发病时人的肝脏的拉曼光谱显示很大的差别,脂肪肝或肝硬化可被识别,这可用于肝移植前肝脏状况的诊断。文献
[2]报道了肿瘤组织的拉曼光谱虽然不能明确证明肿瘤的存在和分类,但拉曼光谱有明显的变化;脑瘤患者胆固醇的拉曼光谱强度会减小,而核酸的拉曼光谱强度会增加;同种肿瘤不同患者的拉曼光谱十分相似,而不同肿瘤的拉曼光谱是不同的,可用于医学诊断。
对良性和恶性皮肤组织的N I R 2Ra man 光谱分析表明:皮肤损害程度不同拉曼光谱区别显著,酰胺Ⅲ的拉曼谱表现了不同的胶原质类型,其它拉曼振动峰的相对强度决定了皮肤的脂质和含水量以及
DNA 的结构基础,结合聚类分析法可较准确地判断良性和恶性及皮肤的损害程度[4～6]。
对良性和恶性女性乳房组织的分析表明,它们的蛋白质的拉曼光谱有典型的差别[3]。霍红等[7]用
FTI R 光谱对女性恶性乳腺肿瘤及正常乳腺组织进行对比研究,发现不同性质的乳腺肿瘤中蛋白质、核酸和脂类等生物分子的构型、构像及相对含量有差别;李维红等[8]用FT 2Ra man 光谱研究肠、胃、十二指
肠、口腔腮腺等组织,发现正常组织与肿瘤组织在Ra man 光谱上表现出较为明显的差别;宋增福等
[9]用中红外光纤及ATR 探头联用,首次实现了肿瘤组织的在体原位检测;任予等[10]对人肺正常组织和肺癌
组织的FTI R 光谱用统计方法进行分析,发现峰位、峰高、峰位差、峰高比等多个变量可以显示两类光谱的差异;文献[11]报道了衰减全反射FTI R 技术对人类白内障和青光眼中脂类和蛋白质结构构象变化
的研究。Freis [12]报道了血液细胞的拉曼光谱可被用于区分不同类型的白血病。分析研究案例的不断
第33卷2005年2月 分析化学(FE NX I HUAXUE ) 评述与进展Chinese Journal of Analytical Che m istry
第2期272～276
累积,使FTI R 和Ra man 光谱发展成无损诊断肿瘤方法的可行性增大,可免除医学诊断的活组织切片检查造成的痛苦。
用拉曼光谱研究胆结石的形成机理,从存在的Cu 2+、Ca 2+、Mg 2+和Fe 3+等主要金属离子各自的作
用阐明胆结石环状结构的原因,并建立简化模型,对防止胆石的生成有重要意义[13,14]
。
孙素琴等用红外光谱和拉曼光谱开展了中药材分类鉴别[15、16]、药材的真伪鉴别[17]和药材的道地性
鉴别[18]等研究。尤其是对燕窝[19]等贵重中药材的无损鉴别,可保持贵重药品的原貌。肖杰等[20]用褶合变换建立一种信息变换和近红外光谱结合的分析中药方法,用于丹参、板蓝根和蛇床子药材鉴别并得
到传统方法验证;孙素琴等[21]用FTI R 光谱技术分析鉴别了350种中药配方颗粒红外指纹图谱的结构
特征;可望用于不同厂家的或同一厂家不同批号的配方颗粒的快速鉴定。
孙素琴等[22]还用傅里叶变换红外光谱无损分析技术,研究了天然药物芦丁的热稳定性,克服了常
规的恒温法、初均速法、温度指数法、变温动力学等无法避免的溶剂效应。采用近红外漫反射技术和偏最小二乘法,对复方芦丁片中的主组分芦丁和维生素C 进行定量分析,建立的预测方程对样品的预测
值和真实值之间的相关系数可达到0.9975,芦丁和维生素C 定标标准差分别为0.36%和1.08%[23]。
2.2 Edwards [24]
发表了在艺术品、文物和考古中应用拉曼光谱的研究成果,对考古学家和历史学家进行
文物的鉴别研究提供了基础数据。Vandenabeele 等[25]用显微拉曼研究了26种天然有机粘合剂和颜料
的光谱,将其作为指纹识别未知粘合剂和油漆的数据资料,该资料在对中世纪彩色稿本中的粘合剂和颜
料的鉴别中得到了验证。Silvia 等[26]用显微拉曼对16世纪的波斯彩色稿本的颜料进行了测定。左键
等[27]利用拉曼光谱对河南班村遗址出土的仰韶彩陶陶彩以及河北磁县湾漳东魏北齐大型壁画墓中的壁画颜料进行了无损分折,结果表明:红彩为赤铁矿,白彩为铝土矿,黑彩为磁铁矿,陶彩的颜色不仅取决于颜料的矿物成分,而且与颜料的颗粒大小有关;壁画颜料的测定表明:红色颜料为辰砂,黑色颜料为
石墨类材料即碳黑,浅蓝色颜料为有杂质替代的方解石。Clark 等[28]收集了不同颜色的颜料的拉曼光
谱用于旧绘画和手稿的描述、修复、保存及年代的测定。A lessandra 等[29]用显微拉曼对绘画材料进行了实时实地的鉴定研究。
Edwards 等[30]用N I R 2FT 2Ra man 对3种木乃伊的皮肤和指甲进行了研究,实验结果用于判定木乃伊
处理过程和形成。Edwards 等还报告了用拉曼光谱对木乃伊绷带的亚麻布[31]、琥珀[32]和古代用在
W ater 2Bottles 上密封剂树脂[33]的研究结果。这些研究结论为文物中未损坏材料的降解过程研究提供了
数据,为文物的保护、损坏文物的修复提供参考。
杨群等[34]
对云南省永仁县出土的新时器时期的灰、白两件石斧表面、截面进行无损分析,确定了灰石斧主要成分为L i A lSi 4O 10,白石斧中白色物质是由细晶粒石英组成。
杨群等[35]应用显微拉曼光谱技术对云南楚雄万家坝出土的古青铜矛进行了分析,确定矛身表面腐蚀产物和矛尖表面的黑色坚硬物质的主要成分,并由腐蚀产物的成分推测青铜矛所经历的环境特征。
2.3 公安与法学样品无损分析
在法庭物证检测中往往样品量少而且要求样品检验是非破坏性的,因此,拉曼光谱和红外光谱无损分析技术已成为公安法学领域进行比对分析的主要方法之一。
Le wis [36]和Stich [37]等分别报道了显微拉曼光谱对爆炸物和枪击残留物的分析研究;张鹏翔等[38]对
衣领上的泥土水印、镰刀上的痕迹物、枪击后的残留物进行了测试和分析。
赵金涛等[39]利用显微拉曼技术对安非他明硫酸盐、甲基安非他明盐酸盐、盐酸吗啡、盐酸海洛因、
盐酸蒂巴因、盐酸那可汀、盐酸罂粟碱和盐酸可卡因8种常见毒品做了测试和分析。他们还对手指触摸
过海洛因后所沾有的极其微量残留物进行了分析[40],发现痕迹海洛因拉曼谱中的荧光背景比粉末海
洛因的小。该研究表明,显微拉曼技术对检测分析走私毒品以及其他痕量物质是一种极为有力的手段。
刘国志等[41]还对合成冰毒的重要化学原料麻黄素和冒充麻黄素来合成冰毒的左旋咪唑进行了拉曼无损测试分析,3种分子的拉曼谱有较大区别,可成为鉴别的重要依据。
王俭等[42]利用显微FTI R 光谱,对108种不同蓝色圆珠笔油墨色痕进行了无损分析,根据红外光谱372第2期施玉珍等:拉曼光谱与红外光谱无损检测技术新进展
472 分析化学第33卷
特征吸收进行的种类属性鉴别得到生产厂家的认定。通过对红外谱图特征峰的解析[43],确定了蓝色圆珠笔油墨色痕的成分,该研究有利于油墨色痕随时间变化的反应机理的探讨,为圆珠笔油墨分析数据库的建立和字迹色痕形成时间的推断奠定了基础。王志国等[44]还用N I R2FT2Ra man光谱技术对36种黑色签字笔墨迹进行了拉曼光谱无损测定,根据基团频率振动峰可将36种签字笔墨迹分为10大类,同时考察了书写所用的纸张、湿度、样品的测定功率以及书写时间对谱图的影响。E wards等[45]用FT2Ra man 光谱对象牙和人工仿造象牙进行了鉴别研究。B r ody等[46]将化学计量学方法应用于象牙的FT2Ra man 光谱的无损鉴别,识别了来自6种哺乳动物的牙质,利用判别式和不同样品中有机和无机成分比率的不同,可达到真假象牙的识别。
2.4 宝石鉴定的无损分析
祖恩东等[47]利用拉曼光谱测定出云南祖母绿中的包裹体是锐钛矿型的Ti O
,而不是以往通过化学
2
成分和晶体形态分析所认为的金红石型。何谋春等[48]用激光拉曼光谱对云南元江红宝石中的包裹体进行研究表明,红宝石中含有锆石、方解石、磷灰石及该金红石等结晶矿物包裹体。
Schrader等[49]用拉曼光谱研究钻石的结果表明:天然钻石在1332c m-1显示很强的拉曼峰,这使得真假钻石的鉴别非常简单。钻石有不同包含物,对于包含物会使样品测定时产生荧光的天然钻石,则要使用N I R2FT2Ra man可避免荧光干扰;Shortly[50]还系统收集了钻石的Ra man和I R光谱用于鉴定。
刘社文等[51]用拉曼光谱系统测量了软玉(羊脂玉、青白玉、青玉、墨玉)、京白玉、汉白玉、翡翠、独山玉、岫玉、绿河南玉、鸡血石、巴林石、青金石、玻璃等谱图;Aponick等[52]比较了玻璃、锆石和其它宝石的拉曼光谱,用于宝石的真伪鉴别。文献[53]报道了激光拉曼光谱对中国淡水养殖珍珠的分析结果,发现不同颜色的珍珠均存在特征相近的有机物拉曼谱峰,随着颜色由浅至深有机物拉曼谱峰强度呈规律性变化,这对珍珠的颜色成因解析、品质评价和鉴定均有重要意义。
2.5 其它无损分析
Schrader等[54]对植物生长过程中细胞中的叶绿素等色素变化过程进行了测定;研究了植物不同部位(花、叶、果)天然产物(生物碱、挥发油、天然染料、香味、香料、药物)的分配;对不同茶样品中的咖啡因进行了拉曼光谱测定。M r oczyk等[55]报道了N I R光谱对糖用甜菜叶中基本化合物的定性定量分析。Keller等[56]对食品的N I R2FT2Ra man光谱研究表明,不需要复杂的分离和制备过程即可分析食品中的脂肪、蛋白质、碳水化合物、香料及许多其它组分,特别适用于食用油脂不饱和度的测定。
文献[57]报道了一些哺乳动物和爬行动物的角蛋白、(牛、羊)角、蹄、和龟甲等的拉曼光谱研究,结果表明爬虫的角蛋白是β2折叠结构,而哺乳动物为α2螺旋结构,角和蹄的拉曼光谱区别较大,并建立了一个数据库,这对于无损鉴别人工品和天然品是很有用的。
3 结束语
拉曼光谱和红外光谱技术对样品进行无损分析已广泛应用于医药、文物、宝石鉴定和法庭科学等领域。该技术在细胞和组织的癌变检测取得进展,随着分析方法完善和研究病例的增多以及对于病变组织差异性的规律性认识深化,使FTI R和Ra man光谱发展成无损诊断肿瘤方法的可行性得到确认;对文物样品的无损分析研究,使文物的鉴定、年代的测定及文物的恢复和保存的方法更安全可靠;对爆炸物、毒品、墨迹等的痕迹无损检测为法庭提供科学证据的有力手段;对宝石的无损分析研究,认识各地宝石中的包含物差异性,并使宝石的鉴别与评价有了科学依据。
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1(D epart m ent of Che m istry,Zhejiang U niversity,Hangzhou310027)
2(D epart m ent of Che m istry,Hexi College,Zhangye734000)
Abstract The latest advances on non2destructive analysis techniques of Ra man and infrared s pectr ometry in medicine,medica ment,cultural relic,ge m st one identificati on and f orensic science were revie wed. Keywords Non2destructive analysis techniques,Ra man s pectr ometry,infrared s pectr ometry,revie w
(Received21June2003;accep ted24May2004)
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
红外光谱与拉曼光谱的异同点 红外光谱又叫做红外吸收光谱，它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应，需要分子内部有一定的极性，也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时，通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此，那些没有极性的分子或者对称性的分子，因为不存在电偶极矩，基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱一般也是发生在红外区，它不是吸收光谱，而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同，拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用，要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁，并不需要分子本身带有极性，因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 一、相同点在于： 对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动和转动能级。 二、不同点在于： 两者产生的机理不同；红外光谱的入射光及检测光均为红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；红外光谱测定的是光的吸收，而拉曼测定的是光的散射；红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难，但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析，比较方便；红外光谱不可以用水做溶剂，但是拉曼可以，水似拉曼光谱的一种优良溶剂；拉曼光谱的是利用可见光获得的，所以拉曼光谱可用普通的玻璃毛细管做样品池，拉曼散射光能全部透过玻璃，而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。 本质区别：红外是吸收光谱，拉曼是散射光谱；拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。 主要区别：
红外光谱与拉曼光谱的区别 1) 拉曼谱峰比较尖锐，识别混合物，特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。 2) 在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。 3）在鉴定无机化合物方面，拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。所以一般说来，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。4）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。 红外光谱与拉曼光谱的比较 1、相同点 对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。 2、不同点 （1）红外光谱的入射光及检测光均是红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光； （2）红外谱测定的是光的吸收，横坐标用波数或波长表示，而拉曼光谱测定的是光的散射，横坐标是拉曼位移； （3）两者的产生机理不同。红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化，是极化率的改变，产生诱导偶极，当返回基态时发生的散射。散射的同时电子云也恢复原态； （4）红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源；（5）用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时，样品要经过前处理，液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法，固体样品可用调糊法，高分子化合物常用薄膜法，体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm的大容量气体池； （6）红外光谱主要反映分子的官能团，而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子；（7）拉曼光谱和红外光谱可以互相补充，对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。 拉曼光谱和红外光谱的区别 红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱，都是研究分子结构的有力手段。红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时，样品分子中的基团吸收红外光产生振动，使偶极矩发生变化，得到红外吸收光谱。拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射在样品上时，分子的极化率发生变化，产生拉曼散射，检测器检测到的是拉曼散射光。 单色激光照射样品后，产生瑞利散射和拉曼散射。瑞利散射是激光的弹性散射，不负载样品的任何信息。拉曼散射又分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，拉曼散射负载有样品的信息。
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
红外、拉曼光谱习题 三．问答题 1. 分子的每一个振动自由度是否都能产生一个红外吸收？为什么？ 答：（1）产生条件:激发能与分子的振动能级差相匹配，同时有偶极矩的变化。并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱，具有红外吸收活性，只有发生偶极矩的变化时才会产生红外光谱。 （2）产生红外吸收的条件： 1)红外辐射的能量应与振动能级差相匹配。即 v E E ?=光； 2)分子在振动过程中偶极矩的变化必须不等于零。 故只有那些可以产生瞬间偶极距变化的振动才能产生红外吸收。 2. 如何用红外光谱区别下列各对化合物？ a P-CH 3-Ph-COOH 和Ph-COOCH 3 b 苯酚和环己醇 答：a 、在红外谱图中P-CH 3-Ph-COOH 有如下特征峰：vOH 以3000cm-1为中心 有一宽而散的峰。而Ph-COOCH3没有。 b 、苯酚有苯环的特征峰：即苯环的骨架振动在1625~1450cm-1之间,有几个 吸收峰,而环己醇没有。 3. 下列振动中哪些不会产生红外吸收峰？ （1）CO 的对称伸缩 （2）CH 3CN 中C —C 键的对称伸缩 （3）乙烯中的下列四种振动 （A ） （B ） （C ） （D ）
答：（1）0 ≠ ?μ，有红外吸收峰 （2）0 ≠ ?μ，有红外吸收峰 （3）只有D无偶极矩变化，无红外吸收峰 4、下列化合物在红外光谱中哪一段有吸收？各由什么类型振动引起？ HO— CH = O CH3—CO2CH2C≡CH （A）（B） 答：（A）HO C-H ：v OH3700~3200cm-1 δOH1300~1165cm-1 v CH(O)2820~2720cm-1双峰 v C=O1740~1720cm-1 苯骨架振动：1650~1450 cm-1 苯对位取代：860~800 cm-1 v=CH3100~3000cm-1 （B）CH3—COCH2C≡CH ： v C=O1750~1735cm-1 v C—O—C1300~1000cm-1 v C≡C2300~2100cm-1 v≡CH3300~3200cm-1 v as C—H2962±10cm-1、2926±5cm-1 v s C—H2872±10cm-1、2853±10cm-1 δas C—H1450±20cm-1、1465±20cm-1 δs C—H1380~1370cm-1 5、红外光谱（图10-28）表示分子式为C8H9O2N的一种化合物，其结构与下列结构式哪一个符合？ O
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
红外、拉曼光谱习题 一． 选择题 1．红外光谱是（ AE ） A ：分子光谱 B ：原子光谱 C ：吸光光谱 D ：电子光谱 E ：振动光谱 2．当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（ ACE ） A ：吸收光子的能量越大 B ：吸收光子的波长越长 C ：吸收光子的频率越大 D ：吸收光子的数目越多 E ：吸收光子的波数越大 3．在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（AC ） A ：乙炔分子中对称伸缩振动 B ：乙醚分子中不对称伸缩振动 C ：CO 2分子中对称伸缩振动 D ：H 2O 分子中对称伸缩振动 E ：HCl 分子中H －Cl 键伸缩振动 4．下面五种气体，不吸收红外光的是（ D ） Ａ：O H 2 Ｂ：2CO Ｃ：HCl Ｄ：2N 5 分子不具有红外活性的,必须是（ D ） Ａ：分子的偶极矩为零 Ｂ：分子没有振动 Ｃ：非极性分子 Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化 Ｅ：双原子分子 6．预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ ACD ） Ａ：Ｏ－Ｈ伸缩振动数在4000～25001 -cm B:C-O 伸缩振动波数在2500～15001 -cm C:N-H 弯曲振动波数在4000～25001 -cm D:C-N 伸缩振动波数在1500～10001 -cm E:C ≡N 伸缩振动在1500～10001 -cm 7.下面给出五个化学键的力常数,如按简单双原子分子计算,则在红外光谱中波数最大者是（ B ） A:乙烷中C-H 键,=k 5.1510?达因1 -?cm B: 乙炔中C-H 键, =k 5.9510?达因1 -?cm
C: 乙烷中C-C 键, =k 4.5510?达因1 -?cm D: CH 3C ≡N 中C ≡N 键, =k 17.5510?达因1 -?cm E:蚁醛中C=O 键, =k 12.3510?达因1 -?cm 8．基化合物中,当C=O 的一端接上电负性基团则（ ACE ） A:羰基的双键性增强 B:羰基的双键性减小 C:羰基的共价键成分增加 D:羰基的极性键成分减小 E:使羰基的振动频率增大 9．以下五个化合物,羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是（ E ） A: B: C: D: E: 10．共轭效应使双键性质按下面哪一种形式改变（ ABCD ） Ａ：使双键电子密度下降 Ｂ：双键略有伸长 Ｃ：使双键的力常数变小 Ｄ．使振动频率减小 Ｅ：使吸收光电子的波数增加 11．下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是（ E ） A: B: C: D: E: 12．下面四个化合物中的C=C 伸缩振动频率最小的是（ D ） A: B: C: D: 13．两 个化合物(1) ,(2) 如用红外光谱鉴别,主要依 据的谱带是（ C ）
摘要 欧阳学文 本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理，并掌握拉曼光谱仪的实验测量技术以及拉曼光谱的数据初步处理。 文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应用的基本理论、设计原理与关键技术，介绍了激光拉曼光谱仪的发展动态、研究方向和国内外总体概况。其次阐述了拉曼散射的经典理论及其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数据的各种可行的方法，包括平滑，滤波等。再次根据光谱仪器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉曼光谱仪的总体设计，并且对各个部件的选择作用及原理做了详细的描述。最后，测量了几种样品的拉曼光谱，并利用文中阐述的光谱处理方法进行初步处理，并且进行了合理的分析对比。 总之，本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测量和光谱数据处理研究：一、拉曼光谱仪的结构，详细了解拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析，用合理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以及光谱数据分析，得到了较为理想实验效果，证明本文所论述方法的可行性和正确性。 关键词: 拉曼光谱仪光栅光谱分析 Abstract
Purpose of this paperisfamiliar withRamanSpectrometer, and mastery of experimental measurements ofRaman spectroscopyandRaman spectroscopytechniquespreliminarydataprocessing. The article firstdiscusses theRaman spectrometerdevelopment, design,installation and commissioningin theapplication of the basictheory, designprinciples andkey technologies,laserRaman spectrometerdevelopments,research direction andoverall profileat home and abroad. The second section describesthe classical theoryof Ramanscatteringandquantumexplanation.And showsthe Ramanspectraofthe variouspossible ways, includingsmoothingand filtering.Againaccording tospectrometerdesign principlesdiscussed in detail thespectroscopicoptical systemdesignand laserRaman spectrometeroveralldesign, andthe choiceforthe role ofthe various componentsand the principle ofa detaileddescription. Finally, themeasuredRaman spectraof severalsamples, and use paper describesmethodsforspectralprocessinginitial treatment, and for a reasonableanalysis and comparison. In summary, this paper mainly fromtwoaspects to analyzeexperimental measurementsof Ramanspectroscopyand spectral dataprocessing research: First, the structure ofRaman spectroscopy, Raman spectroscopydetailed understanding ofthe working principle. Second,Raman spectroscopydata processing and analysis, a reasonableapproach toeffectiveand convenientRaman spectroscopycanbemore idealresults. Throughcarbon tetrachloride, ethanol, nbutanolandspectraldata analysisspectral
拉曼光谱红外光谱 相同点给定基团的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，两者均在红外光区，都反映分子的结构信息 产生机理电子云分布瞬间极化产生诱导偶极振动引起偶极矩或电荷分布变化 入射光可见光红外光 检测光可见光的散射红外光的吸收 谱带范围40-4000cm-1 400-4000cm-1 水可做溶剂不能作为溶剂 样品测试装置玻璃毛细管做样品池不能用玻璃仪器 制样固体样品可以直接测需要研磨制成溴化钾片 拉曼光谱红外光谱 拉曼位移相当于红外吸收频率。红外中能得到的信息在拉曼中也会出现。互补 拉曼光谱也同样有三要素，此外，还有退偏振比。解析三要素（峰位、峰强、峰形） 非极性基团谱带强（S-S、C-C、N-N）极性基团的谱带强烈（C=O、C-Cl） 容易表征碳链振动较容易测定链上的取代基红外光谱又叫做红外吸收光谱，它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应，需要分子内部有一定的极性，也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时，通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此，那些没有极性的分子或者对称性的分子，因为不存在电偶极矩，基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱一般也是发生在红外区，它不是吸收光谱，而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同，拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用，要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁，并不需要分子本身带有极性，因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 相同点在于：对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动和转动能级 不同点在于：两者产生的机理不同；红外光谱的入射光及检测光均为红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；红外光谱测定的是光的吸收，而拉曼测定的是光的散射；红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难，但拉曼光谱几乎可以不必特别制样处理就可以进行分析，比较方便；红外光谱不可以用水做溶剂，但是拉曼可以，水似拉曼光谱的一种优良溶剂；拉曼光谱的是利用可见光获得的，所以拉曼光谱可用普通的玻璃毛细管做样品池，拉曼散射光能全部透过玻璃，而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。 本质区别：红外是吸收光谱，拉曼是散射光谱；拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。 主要区别：（1）光谱的选择性法则是不一样的，红外光谱是要求分子的偶极矩发生变化才能测到，而拉曼是分子的极化性发生变化才能测到； （2）红外很容易测量，而且信号很好，而拉曼的信号很弱； （3）使用的波长范围不一样，红外光谱使用的是红外光，尤其是中红外，而拉曼可选择的波长很多，从可见光到NIR，都可以使用；（4）拉曼和红外大多数时候都是互相补充的，就是说，红外强，拉曼弱，反之也是如此； （5）在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。 （6）理论基础和检测方法存在明显的不同。我们说物质分子总在不停地振动，这种振动是由各种简正振动叠加而成的。当简正振动能产生偶极矩的变化时，它能吸收相应的红外光，即这种简正振动具有红外活性；具有拉曼活性的简正振动，在振动时能产生极化度的变化，它能与入射光子产生能量交换，使散射光子的能量与入射光子的能量产生差别，这种能量的差别称为拉曼位移，它与分子振动的能级有关，拉曼位移的能量水平也处于红外光谱区。 红外光谱法的检测直接用红外光检测处于红外区的分子的振动和转动能量；而拉曼光谱法的检测是用可见激光来检测处于红外区的分子的振动和转动能量，它是一种间接的检测方法。
红外光谱与拉曼光谱的对比 一.基本原理 红外光谱：是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。要产生这一种效应，需要分子内部有一定的极性，也就是说存在分子内的电偶极矩。在光子与分子相互作用时，通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。因此，那些没有极性的分子或者对称性的分子，因为不存在电偶极矩，基本上是没有红外吸收光谱效应的。 拉曼光谱：一般也是发生在红外区，它不是吸收光谱，而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。与红外吸收光谱不同，拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用，要比红外吸收光谱的强度弱很多。但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁，并不需要分子本身带有极性，因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。 相同点：对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动和转动能级 不同点：两者产生的机理不同；红外光谱的入射光及检测光均为红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；红外光谱测定的是光的吸收，而拉曼测定的是光的散射； 二. 仪器构成 1.红外光谱 色散型红外光谱仪： 1.1光源：通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 1.2 吸收池 1.3 单色器：由色散原件、准直镜和狭缝构成 1.4 检测器：常用的是真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器 Fourier变换红外光谱仪：没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、
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
摘要 本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理，并掌握拉曼光谱仪的实验测量技术以及拉曼光谱的数据初步处理。 文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应用的基本理论、设计原理与关键技术，介绍了激光拉曼光谱仪的发展动态、研究方向和国内外总体概况。其次阐述了拉曼散射的经典理论及其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数据的各种可行的方法，包括平滑，滤波等。再次根据光谱仪器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉曼光谱仪的总体设计，并且对各个部件的选择作用及原理做了详细的描述。最后，测量了几种样品的拉曼光谱，并利用文中阐述的光谱处理方法进行初步处理，并且进行了合理的分析对比。 总之，本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测量和光谱数据处理研究：一、拉曼光谱仪的结构，详细了解拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析，用合理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以及光谱数据分析，得到了较为理想实验效果，证明本文所论述方法的可行性和正确性。 关键词: 拉曼光谱仪光栅光谱分析
Abstract Purpose of this paperisfamiliar with Raman Spectrometer, and mastery of experimental measurements of Raman spectroscopy and Raman spectroscopy technique spreliminary data processing. The article firstdiscusses theRaman spectrometerdevelopment, design,installation and commissioningin theapplication of the basictheory, designprinciples and key technologies,laserRaman spectrometer developments,research direction and overall profileat home and abroad. The second section describesthe classical theory of Raman scattering and quantumexplanation.And shows the Raman spectra of the variouspossible ways, including smoothing and filtering.Again according tospectrometer design principles discussed in detail the spectroscopic optical system design and laser Raman spectrometer overall design, andthe choice for the role of the various component sand the principle of a detailed description. Finally, the measured Raman spectra of severalsamples, and use paper describesmethods forspectral processinginitial treatment, and for a reasonable analysis and comparison. In summary, this paper mainly from two aspects to analyze experimental measurements of Raman spectroscopy and spectral dataprocessing research: First, the structure of Raman spectroscopy, Raman spectroscopy detailed understanding of the working principle. Second,Raman spectroscopydata processing and analysis, a reasonable approach toeffectiveand convenient Raman spectroscopy can be more ideal results. Through carbon tetrachloride, ethanol, n-butanol and spectraldata analysis spectral measurements obtained more satisfactory experimental resultsdiscussed in this articledemonstratethe feasibility and correctness. Keywords: Raman spectrometer grating spectral analys
红外与拉曼的区别
红外光谱与拉曼光谱的区别 1) 拉曼谱峰比较尖锐，识别混合物，特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。 2) 在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。 3）在鉴定无机化合物方面，拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。所以一般说来，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。 4）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。 . 红外光谱与拉曼光谱的比较 3.1 相同点 对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。 3.2 不同点 （1）红外光谱的入射光及检测光均是红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光； （2）红外谱测定的是光的吸收，横坐标用波数或波长表示，而拉曼光谱测定的是光的散射，横坐标是拉曼位移；
（3）两者的产生机理不同。红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化，是极化率的改变，产生诱导偶极，当返回基态时发生的散射。散射的同时电子云也恢复原态； （4）红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源； （5）用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时，样品要经过前处理，液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法，固体样品可用调糊法，高分子化合物常用薄膜法，体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm 的大容量气体池； （6）红外光谱主要反映分子的官能团，而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子； （7）拉曼光谱和红外光谱可以互相补充，对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。 拉曼光谱和红外光谱的区别 红外光谱和拉曼光谱都属于分子振动光谱，都是研究分子结构的有力手段。红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时，样品分子中的基团吸收红外光产生振动，使偶极矩发生变化，得到红外吸收光谱。拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射在样品上时，分子的极化率发生变化，产生拉曼散射，检测器检测到的是拉曼散射光。
拉曼光谱技术及其在广泛应用 摘要：本文简单介绍了拉曼光谱的原理，常用的拉曼光谱技术，拉曼光谱技术的特征、优越性以及近年来拉曼光谱分析技术在考古、医学、文物、宝石鉴定、林业和法庭科学等领域的最新进展。并对其未来的应用前景进行了展望。 引言：1928 年，印度科学家Raman 发现了拉曼散射效应，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，直到使用激光作为激发光源的激光拉曼光谱仪问世以及傅立叶变换技术的出现，拉曼光谱检测灵敏度才大大增加，其应用范围也在不断地扩大。目前，拉曼光谱已广泛应用于考古、医学、文物、宝石鉴定、石油化工、林业和法庭科学等领域。 1 、拉曼光谱原理 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
2 、常用的拉曼光谱技术常用的拉曼光谱技术主要有：显微共焦拉曼光谱技术、傅里叶变换拉曼光谱技术、共振增强拉曼光谱技术和表面增强拉曼光谱技术。 3、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。 4、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
第20卷第4期光散射学报V o l120N o14 2008年12月THE J OURNAL OF LI GHT SCATTER I NG D ec12008 文章编号:1004-5929(2008)04-0359-04 拉曼光谱数据库及信息查询系统 董鹍1,王锭笙1,段云彪1,周小芳1,赵金涛4,司民真5,梁二军2,方炎3,张鹏翔1 (11昆明理工大学光电子研究所,昆明650051;21郑州大学物理系,郑州450001; 31首都师范大学物理系,北京100037;41杭州电子工业学院物理系,杭州310037; 51楚雄师范物理系,楚雄675000) 摘要:随着拉曼光谱议的不断发展,尤其是便携式拉曼光谱仪的普及,与其配套的各种拉曼数据库的建立是十分重要的。目前大多数实验室都依赖进口仪器及其相应的数据库。因此建立我国自己的拉曼数据库具有重要的意义。本文采用目前最先进的数据库软件平台,构建了大型拉曼光谱数据库。本数据库包括宝玉石及其填充物、原生矿物、毒品,农药,打印复印墨迹、化学药剂等数个子数据库,总计有数千条图谱及数据信息。可以通过中文名称、英文名称、化学式、特征峰等多种方式进行查询。系统具有智能化的信息查询模块,并且支持模糊查询。根据最强的三个特征峰值进行搜索,是其区别其他数据库的显著特点。 在特征峰搜索模式中,通过依次输入拉曼图谱中的最强特征峰值,经过几次比对和确认可以显示出满足搜索条件的图谱,最终逼近真实结果。操作人员只需经过简单的培训,使用较低硬件配置的计算机,就能够在几秒钟内根据实际测得拉曼图谱,从数据库中查找出与其匹配的信息,从而快速准确的鉴定出其构成与或所属矿物。本数据库在功能上可以不断扩展,包含的数据信息可以不断扩充。该数据库可广泛应用于公安法学,宝玉石真伪,化学分析等各种物相鉴定领域。 关键词:拉曼光谱;拉曼光谱数据库;物质鉴定 中图分类法:TP392文献标示码:A The Database of Ra m an Spectr u m and Inform ati on Searc h Syste m DOGN Kun1,WANG D i n g-sheng1,DUAN Yun-biao1,Z HOU X iao-fang1, Z HAO Ji n-tao4,SIM ing-zheng5,L I A NG Er-jun2,FANG Yang3,ZHANG Peng-x i a ng1 (11K un M ing science and technolo gy University,iamp e,K unm i n g650051,China; 21Zheng Zhou Un i v ersit y,Physics Depart m ent,Zhengzhou450001,China; 31Cap italN or m al University,Phy sics D e part m ent,Beijing100037,China; 41H ang Zhou electrical industry college,Phy sics D epart m ent,H angzhou310037,China; 51Phy sics D epart m ent of chux iong T eacher's colle g e,Chux iong675000,Ch i n a) Abst ract:W ith t h e deve l o p m ent o fRa m an spectrum equ i p m en,t especially w ith the popu larizati o n of portab l e R a m an spectrum equ i p m ent1The database w ith these equip m ent beco m es ver y i m po r-tant1No w m ost labs o f China have to i m po rt Ra m an equipm ents and database for m aboard1So it s' very i m portant to bu il d our database w hich be l o ng to China1W e use advanced database so ft w are progra mm es to bu ild The Ra m an spectru m databases1The databases have co llected nearly five 收稿日期:2007-06-30 作者简介:董鹍,昆明理工大学在读博士,E-m ai:l dongkun3000@yahoo1com1cn 通讯作者:张鹏翔1E-m ai:l pxzhang@hot m ai.l co m