金盾激光拉曼光谱检测仪简介
—————————————————————————————————————————珠海金盾光谱仪器科技有限公司
2010-04-30
目录
1.概述 (3)
2.仪器安装： (8)
3.软件操作 (8)
3.1软件的界面 (8)
3.2连接光谱仪 (8)
3.3扣除背景 (10)
3.4 样品检测 (10)
3.4.1检测分析类型 (10)
3.4.2样品仓内测量 (12)
3.5 保存检测数据到数据库中 (13)
3.6毒品数据库管理 (14)
3.7谱图缩放 (15)
4.典型应用 (16)
1、概述
1.1仪器描述
金盾激光拉曼光谱检测仪是一款便携式、快速性物质光谱检测仪器。使用激光拉曼分析技术，可以对有机物、无机物、固体、液体、气体等实现快速定性分析检测，特别是对钻石、宝石、翡翠、玛瑙等各种名贵珠宝进行快速辨识检测。
拉曼技术简介：
拉曼光谱是单色光束入射光的光子与分子发生非弹性散射的结果。在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或分子的振动和转动能量传递给光子，从而改变了光子的频率，这种散射过程称为拉曼散射。拉曼谱线的数目，位移值的大小和谱带的强度等都与物质分子的振动和转动有关，这些信息反映了分子的结构及其所处的环境。拉曼光谱研究分子振动和转动模式的机理与红外光谱不同，但它们提供的结构信息是类似的，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，可用于鉴定分子中存在的官能团。一些同核原子对称结构的官能团(如：-C=C-、-N=N-、-S-S-等)在红外光谱仪较难检测的信息，在拉曼光谱仪上却有较强的反映；而在红外光谱中有很强吸收峰的不均衡对称的官能团，在拉曼光谱却表现很弱。因此，拉曼光谱与红外光谱相互补充，成为研究物质分子结构的有效手段。
拉曼光谱技术从分子振动光谱来识别和分析不同的物质结构，在分析操作中灵括简便，其优点具体表现为：
(1)分析样品形式多样。用于拉曼光谱分析的样品可以是固体、液体、气体或任何形式的混合。如：浆状物质，凝胶体或含有固体颗粒的气体。样品也可以是不透明的，高粘性或含悬浮物的液体(这对近红外或中红外光谱分析较难实现)，无需预处理，避免了一些误差的发生。另外，对于样品数量要求比较少，可以是毫克甚至微克的数量级，适于研究微量样品。
(2)采样方式灵活。应用拉曼光谱分析技术可对珠宝样品进行非接触的无损伤检测，适合对稀有或珍贵的珠宝样品进行分析检测。
(3)测试速率高。拉曼光谱仪采用电荷耦合器件(CCD)的多通道检测器，
秒时间即刻完成。
(4)检测的特殊性。水是很弱的拉曼散射物质，可直接测量水溶液样品的拉曼光谱而无需考虑水分子振动的影响，比较适合于生物样品的测试，甚至可用拉曼光谱检测活体中的生物物质。
由于拉曼光谱的这些优点，拉曼光谱仪和便携式拉曼光谱仪在无机和有机物质理化鉴定方面可以发挥很大作用：
●毒品鉴定：
有资料表明拉曼光谱技术对安非他明硫酸盐、甲基安非他明盐酸盐、盐酸吗啡、盐酸海洛因等常见毒品，通过分析比较拉曼谱线，可以有效区分毒品种类。可以在现场完成合成“冰毒”的重要化学原料麻黄素和冒充麻黄素合成“冰毒”的左旋咪唑的拉曼无损测试分析；还可以实现是否服用违禁药物和毒品的快速检测。
●炸药和射击残留物分析：
拉曼光谱可以快速准确地识别梯恩梯、黑索今、硝酸铵等常见炸药粉末，常见炸药均有丰富的拉曼位移峰，可以通过其位移峰峰位的不同区分不同成分的炸药。
对枪弹击发残留物的拉曼检测表明子弹及其残留物的拉曼光谱既有共性，又有明显的差异，例如1570cm-1 附近的一组峰可作为鉴别枪弹的一个判据。
●纺织纤维分析：
拉曼光谱技术能有效、方便地相对定量比较和研究山羊绒、羊毛纤维的二硫键含量、蛋白质分子链的二级结构及聚集态结构等。
●玻璃材质分析：
对不同现场、不同种类的汽车挡风玻璃和车灯玻璃的碎屑检测证明，激光拉曼光谱是一种对玻璃碎屑进行同一性认定的可靠的、微量的定性以及定量的检验方法。此方法可用于交通肇事车辆的辨识。
●油墨、笔迹分析：
不同品种碳素笔墨水的拉曼光谱存在明显差异，可以准确区分；同样的，不同类型钢笔、签字笔、打印机墨水和圆珠笔油墨拉曼光谱也存在显著差异。另外，基体(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也存在显著影响。
●DNA鉴定：
药物、温度、紫外线、酸度、射线等对DNA的损伤和影响，通过对作用前后的的拉曼光谱分析，可以获知DNA的脱氧核糖、碱基和整个骨架的转动和振动以及空间构型变化等重要信息。
●无机矿物质和宝石鉴定的无损分析检测：
拉曼光谱技术可用于用于宝石学研究，利用拉曼光谱已经技术成功地鉴定分析出金刚石、镁橄榄石、红宝石、蓝宝石、翡翠、金红石、尖晶石、透辉石、石榴石、方解石、石墨、磷灰石及铬铁矿；赤铁矿等矿物包裹体。
市场交易的钻石多为人造钻石，而天然钻石在1332㎝-1 处显示很强的拉曼峰，这使得真假钻石的鉴别非常简单。我们还测量了软玉(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、玻璃等的标准激光拉曼谱。系统的比较了玻璃、锆石和其它宝石的拉曼光谱用于宝石的真伪鉴别。
拉曼光谱仪依据结构原理可分为普通拉曼光谱仪和便携式拉曼光
谱仪。普通拉曼光谱仪的分辨率一般波数小于lcm-1，用极窄带激光器作光源，由精密光栅和光电接收系统完成扫描和测试，但不能作现场测试。便携式拉曼光谱仪的一个主要特点是采用光导纤维将光信号引出，并且光信号接收部分采用微型光纤光谱仪，分辨率一般能达到6cm-1，测试波数范围依据需要可从160～42OOcm-1。用窄带半导体激光器作光源，由探测头、光栅和CCD光电系统完成测试，便于在现场使用。
大型拉曼光谱仪由于测量方式和仪器安装要求，不适合在现场使用。近年来，由于技术的进步，特别是现场检测的需要，使便携式拉曼光谱仪的研究开发有了质的飞跃。
便携式拉曼光谱仪由激光光源，拉曼探测头和光谱分析检测单元组成，还包括人机界面。激光光源基本参数：中心波长785nm，输出功率>500mW ，半波宽<0．15nm，激光芯片要求温度控制在25～30℃之间某一设定值。驱动电路由激光器电流输出控制电路和和温度控制回路组成。拉曼光纤探测头的功能是向被测样品发射激光，在接收光路上滤除
包括激光在内的非拉曼信号，并将信号从光纤导出，光纤探头由输入光纤、输出光纤、平行透镜、带阻(陷波)或高通滤光片、单向反射棱镜等构成，输出光纤采用SMA905标准接头，与光谱仪入射狭缝匹配。光谱仪与光电接收单元是特殊设计的CCD光纤光谱仪。本机设定的拉曼接收光谱范围795nm～1045nm，综合分辨率小于0.2nm。
光谱仪由入射狭缝、成像镜(球面反射镜)、光栅、CCD组成。人机界面主要包括仪器控制系统和数据库，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。通过建立或购买的拉曼数据库可实现前文提到的物证理化鉴定结果的快速判断，给出鉴定结论。数据库可以通过中文名称、英文名称、化学式、特征峰等多种方式进行查询，具有智能化的信息查询模块，并且支持模糊查询。根据最强特征峰值搜索，经过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，从而实现快速准确鉴定。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。
1.技术参数：
2.仪器安装：
2.1 设备使用环境
电源：AC100～240V/45～60Hz；
温度范围：10～40℃；
湿度范围：10～65% ；
光照：请避免阳光直射到设备；
2.2 连接电源
根据USB电缆两端的插口类型，正确连接设备和计算机，在设备的背面中下部为USB连接孔，在设备左侧面有一个220V的电源插孔，插入电源线即可。
2.3 打开样品仓，去除用于固定光纤探头的胶布、拉线，检查光纤连
接是否紧固。
3.软件操作
3．1 软件的界面
3．2连接光谱仪
软件启动后会自动连接光谱仪，如果软件启动的时候光谱仪没
有连接，可以把光谱仪用专用的usb连接线连接到电脑中，初
次连接的时候系统会提示安装驱动程序，按照提示安装驱动，
安装完成后，点击“其他操作”按钮，在下拉菜单中点击“重
新搜索光谱仪”就可以连接光谱仪了。
3．2设置
点击“其他操作”按钮，在下拉菜单中点击“设置”按钮就会进入设置窗口如上图。里面的数据一般按照初始设置就可以了，如果没有必要请不要修改。
3.3扣除背景
背景光会干扰测量的结果，假如样品在透明容器内比如玻璃，也需要把玻璃产生的反射光去除，使测量的结果更加准确，因此需要扣除背景。如果在样品仓内测量，不要放置样品，关闭样品仓门，点击软件界面上的按钮就可以扣除背景了。假如是在仓外测
量，不要对着样品，在相同的角度，点击按钮就可以了。如果样品在透明容器内，比如在玻璃瓶中，可以把探头贴着玻璃瓶上部没有样品的区域，然后点击按钮。
3.4 样品检测
3.4.1检测分析类型
检测分析对于不同的情况分为两种。
a.特征峰分析
特征峰分析是根据拉曼峰的位置跟数据库里面的特征峰资料进行比对从而发现疑似毒品的分析方法。这个分析是主要的分析手段，适用于大部分的情况。
分析参数及其含义如下：
分析报告窗口如下图：
疑似毒品将会按照特征峰符合率由高往低排列，在谱图上会用数字标注特征峰，其中没有对应上的峰后面会带*号。
b.相关性分析
相关性分析是通过对谱图的相关性分析，得出检测样品跟数据库
中保存数据的相关性系数，然后对系数进行由高往低的排列。分析报告窗口如下：
3.4.2样品仓内测量
在样品仓内检测能有效的消除环境光对测量的影响，检测的精确度比较高。
首先在软件上点击按钮，启动扫描，然后把检测样品放置到样品台上，调整样品台，使激光能准确聚焦在样品上，同时可以观察软件上的谱图曲线，调整到尖峰比较明显。关闭仓门，点击“”特征峰分析”按钮，软件将会寻找特征峰，然后跟数据库里面的数据进行比对找到疑似毒品，并以吻合度由高往低排列。
3.4.3 使用探头进行样品测量
对于比较大而无法放如样品仓的样品。可以把探头拿出样品仓进行检测。
首先启动扫描，然后不对准样品扣除背景，如果样品在玻璃容器中，可以对着玻璃来扣除背景。扣除背景后，把探头对准样品，调整位置到尖峰比较明显的时候点击“特征峰分析”按钮，软件将会寻找特征峰，然后跟数据库里面的数据进行比对找到疑似毒品，并以吻合度由高往低排列。
3.5 保存检测数据到数据库中
检测后的谱图和特征峰数据可以保存到数据库中，作为标准数据，以后检测到同样的物质的时候系统就会跟数据库中的标准数据进行比对，从而确定未知样品是什么物质。
点击“特征峰分析”按钮后点击“保存入库”按钮，进入保存入库窗口如下图：
输入样品名称，选择特征峰(未选中的特征峰将不会参与特征峰的比对)。点击“确定”数据就保存到数据库中了。
3．6拉曼数据库管理
点击其他操作在下拉菜单中点击“毒品库管理”后就会进入毒品库管理如上图。在这个毒品库管理中可以对毒品数据中进行修改名称、删除、导出、导入等。
1.修改名称
选择需要修改名称的毒品资料，输入新的名称即可。
2.删除
选择需要删除的毒品资料，点击“删除”按钮，然后在弹出窗口上点击“是”按钮就可以，注意删除后数据不能恢复，除非之前导出了，可以再重新导入回来。
3.导出
点击“导出”按钮后，会弹出一个另存为的对话框，选择或者输入导出的文件名，点击“保存”按钮，就会把毒品数据导出到文件
4.导入
点击“打开”按钮会弹出一个是否覆盖数据库的对话框，点击“是”按钮后将会把选择的毒品数据文件导入。
注意：导入数据会把当前的所有数据覆盖，建议导入之前先把当前的数据导出作为备份。
3．7谱图缩放
通常物质的特征峰会比较多，而且还会有干扰峰，所以需要放大谱图来仔细察看，谱图的缩放很简单，只需要在谱图上圈取需要放大的区域就可以了。
放大之前的谱图：
注意白色的方框就是鼠标圈取的放大区域。
放大后的谱图：
4．典型应用
a.毒品、易制毒品的检测
由于毒品的发展，毒品和易制毒品种类繁多数以千计，办案人员难以分辨。利用金盾激光拉曼检测仪可以在现场快速检测疑似毒品和易制毒品
K粉的拉曼谱
冰毒的拉曼谱
咖啡因的拉曼谱
可乐的拉曼谱
b.爆炸物、危险品检测
在大型集会如运动会和演唱会以及交通枢纽，比如大型客运站、火车站、机场等地需要快速检测参与者和乘客携带物品是否危险品。利用金盾激光拉曼检测仪可以在场地入口快速检测乘客携带的物品。
硝酸铵的拉曼谱 TNT的拉曼谱
黑索今的拉曼谱乙醇的拉曼谱
c.法医检测
在作案现场可以使用金盾激光毒品检测仪快速检验物证，比如药品、化学药剂、墨迹、油漆等。
阿昔洛韦的拉曼谱
诺氟沙星的拉曼谱
d.珠宝玉石检测
可以快速检测珠宝玉石的真伪
石榴石的拉曼谱
翡翠的拉曼谱
激光拉曼光谱 [实验目的] 1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备； 2、测量4CCl （液体）的拉曼光谱； 3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对4CCl 的拉曼光谱进行处理，求出4CCl 的主要拉曼线的拉曼位移。 [拉曼光谱基本原理] 1、 现象 频率0v 的单色辐射入射到透明气体、液体或光学上完整透明的固体上时，大部分辐射无改变地透过，还有一部分受到散射。其中将出现频率为0m v v ±的辐射对。这种辐射频率发生改变的散射成为拉曼（Raman ）散射；还有辐射频率不发生改变的散射称为瑞利散射。一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，即0v 和0m v v ±合起来构成拉曼光谱。0v 称为瑞利线，0m v v ±称为拉曼线，m v 称为拉曼位移。且频率为0m v v -的拉曼线称为斯托克斯线，频率为0m v v +的拉曼线称为反斯托克斯线。瑞利散射的强度通常约为入射辐射强度的310-，强的拉曼散射的强度一般约为瑞利散射强度的310-， 2、 解释 对拉曼散射的完整理论解释是非常复杂的，限于篇幅这里不作介绍，请大家参看附后的有关参考书。下面用一个简单模型——散射系统与入射辐射之间的能量交换模型对其加以解释。 设散射系统有两个能级1E 、2E ，且有21E E >，210E E hv ->。由于入射辐射的相互作用，系统可以从低能级1E 跃迁到高能级2E ，这是必须要从入射辐射中获得所需能量21E E E ?=-。这个过程可以认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子，从1E 能级跃迁到某一更高能级（通常散射系统并没有这样一个能级，所
以称其为虚能级），然后，放出一个能量为0hv E -?的散射光子而跃迁到2E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h -??= =-=- 另一方面，如果散射系统处于激发能级2E ，由于相互作用的存在，它可以从高能级2E 跃迁到低能级1E 。此时系统必须把能量21E E E ?=-交给入射辐射。同样这一过程可认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子。从2E 能级跃迁到某一高的虚能级，然后以放出一个能量为0hv E +?的散射光子而跃迁到1E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h +??==+=+ 以上的描述可用图1来直观表示。 拉曼散射所涉及到得能级1E 、2E ，一般为散射系统的振动、转动能级（对于分子系统而言），或为晶格振动能级（对于晶体而言）。即拉曼位移m v 通常对应系统的振动、转动频率或晶体振动频率。
实验六 激光拉曼光谱仪 【目的要求】 1.学习和了解拉曼散射的基本原理； 2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL 4的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL 4、计算机、打印机 【原 理】 1. 拉曼散射 当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射 而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。 ⑴ 弹性碰撞 弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3×105HZ ，在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。 ⑵ 非弹性碰撞 光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。 由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一部分能量给分子, 或者从分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值21E E E -=?。在光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能
激光拉曼光谱的原理和应用 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，大部分的光会暗原来的发现透射，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 推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应。 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不公改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。 对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 拉曼光谱仪的主要部件有： 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。 有机化学 拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物 拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。 生物 拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质
激光拉曼光谱实验报告 摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的3Nd + ：4YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激 光作为激发光源照射液体样品的4CCL 分子而得到的拉曼光谱，谱线很好地吻合了理论分析的4CCL 分子4种振动模式，且频率的实验值与标准值比误差低于2%。又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光，确定了各振动的退偏度，分别为、、、，和标准值0和比较偏大。 关键词:拉曼散射、分子振动、退偏 一， 引言 1928年，印度物理学家拉曼（）和克利希南（）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（）和曼杰尔斯达姆（）也在晶体石英样品中发现了类似现象。在散射光谱中，频率与入射光频率0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+又称为反斯托克斯线。这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。 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。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。 20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。 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,其信号来源于分子的振动和转动。它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，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。拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。
拉曼光谱原理及应用简介 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发现透射，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。 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、有机、生物大分子、离子乃至活体组成的测定和研究。激光拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱相配合，已成为分子结构研究的主要手段。
1. 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不光改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 2. 拉曼光谱仪的主要部件有： 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 3. 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。 有机化学：拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是判断化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物：拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中
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
实验六激光拉曼光谱仪 【目的要求】 1.学习和了解拉曼散射的基本原理； 2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL、计算机、打印机 【原理】 1.拉曼散射 当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。 (1)弹性碰撞 弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3X 105HZ在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。 ⑵非弹性碰撞 光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10-6。 由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换，光子转移一部分能量给分子或者从分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值=E - E2。在光子与分子发生非弹性碰撞 过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能 量，从而处于激发态Ei,这时的光子的频率为、-- ■'■：■■-（入射光的频率为\ 0）;
拉曼光谱问题汇总 问题目录 一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的？激光波长632.8nm。 二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。 三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的，在获得的图里面有很强的荧光，有的说，如果拉曼得不到就用其荧光谱。可我想问一下，在拉曼谱里面得到的荧光背景，是真正的荧光特征谱吗？这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别？ 四、什么是共焦显微拉曼光谱仪? 五、请问，测固体粉末的拉曼图谱时，对于荧光很强的物质，应该如何处理？特别是当荧光将拉曼峰湮灭时，应该怎么办？增加照射时间的方法，我试过，连续照射了4小时，结果还是有很强的荧光。我只有一台532nm的激光器，所以更换激光波长的方法目前我不能用。想问问各位，还有别的方法吗？ 六、请问用激光拉曼仪能测量薄膜的厚度、折射率及应力吗？它能对薄膜进行那些方面的测量呢？ 七、拉曼做金属氧化物含量的下限是多少? 我有一几种氧化物的混合物，其中MoO3含量只有5%，XRD检测不到，拉曼可以吗？ 八、小弟是刚涉足拉曼这个领域，主打生物医学方面。实验中，发现温度不同时，拉曼好像也不一样。不知到哪位能帮忙解释一下这个现象 九、文献上说，拉曼的峰强与物质的浓度是成正比关系，那么比如我配置1mol/L的某溶液，和0.5mol/L的溶液，其峰强度是正好一半的关系吗？应用拉曼，是否能采用峰积分，或者用近红外那样的多元统计的办法来定量吗？准确度怎么样？ 十、拉曼峰1640对应的是什么东西啊？无机的 十一、1 红外分析气体需要多高的分辨率？ 2 拉曼光谱仪是否可分析纯金属？ 3 红外与拉曼联用，BRUKER和NICOLET哪个好些？ 十二、我想请问一下这里的高手测定过渡金属络合物水溶液中金属与有机物中的某个原子是否成键可以用拉曼光谱分析吗？ 十三、金红石和锐钛矿对紫外Raman的响应差别大不大？同样条件下的金红石和锐钛矿的Raman峰会不会差很多？ 十四、什么是3CCD？ 十五、请教我所作的实验是用柠檬酸金属盐溶胶拉制成纤维，想做一下拉曼光谱来证明是否有线性分子的存在，可以吗 十六、在测量拉曼光谱仪的灵敏度参数时，有人提出，单晶硅的三阶拉曼峰的强度跟硅分子的取向（什么111，100之类）的有关，使用不同取向的硅使用与其相匹配的激光照射时，其强度严重不一样，是这样吗？不知道大家测量激光拉曼光谱仪的灵敏度时都是怎么测量的 十七、请问如何进行拉曼光谱数据处理？ 十八、拉曼系统自检具体是检测哪些硬件？是个什么过程？ 十九、请教作激光拉曼测试，样品如何预处理？ 二十、请问激光拉曼光谱是什么意思？ 二十一、请教喇曼谱实验时，如何选择激发波长，1064nm?还是785nm或633nm? 二十二、拉曼信号对入射角和出射角的响应又是什么样？我的样品是有衬底支持的薄膜样品（膜厚几百纳米--几微米），怎样扣除衬底的影响？ 二十三、微区拉曼和普通拉曼有区别吗，尤其在图谱上？多晶，单晶和非晶拉曼有何区别？ 二十四、我是做复合材料的研究的，主要是想研究纤维增强复合材料的界面性能？ 二十五、学校有一套天津港东的拉曼光谱仪，计划给学生开一个测量固体（或粉末）拉曼光谱的实验。试了几种材料都不明显，各位高人能推荐几种容易找到的象四氯化碳拉曼光谱那么明显的固体，晶体，或者粉末吗？ 二十六、我们研究小组新近涉及碳纳米管的领域。由于纳米管的Raman信号很弱，就是要重复不断的测试才能在1600cm－1的附近得到峰。请问具体操作条件应该怎么选。如laser的功率，解析度，扫描数scannumber等等，我们用的Raman仪器是(Brucker, RFS-100/S)。 二十七、激光拉曼光谱仪应该可以实现快速的定量分析，但经过前段时间一些咨询，使我对其是否可进行快速分析颇存疑问，尤其是气体分析。请问，一般来说分析一次样品（气体或固体）的时间是多长
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
拉曼光谱学 ——原理及应用HORIBA Jobin Yvon北京办事处
报告内容 ?1-什么是拉曼光谱? –简单介绍 ?2-拉曼光谱仪工作原理介绍 ?3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍?4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介
1928年，印度科学家C.V Raman in首先在CCL 4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。 时间 和发现人? Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
λlaser λscatter >λlaser 瑞利散射λscatter = λlaser 拉曼散射 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）
2 0004 000 6 0008 00010 000I n t e n s i t y (c n t )400600Raman Shift (cm -1) 520不同材料的拉曼光 谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱 z 为表征和鉴别材料提 供了指纹谱 z 深入开展光谱学和材 料物性研究打下基础 1332 1580 20000 15000 10000 5000 100012001400160018002000 Wavenumber (cm-1)?组分信息?结构信息
Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明 一、开机顺序 1、打开主机电源； 2、计算机电源 3、将使用的激光器电源 1）、514nm：打开激光器后面的总电源开关->打开激光器上的钥匙； 2）、785nm：直接打开激光器电源开关。 二、自检 1、用鼠标双击WiRE2.0 图标，进入仪器工作软件环境； 2、系统自检画面出现，选择Reference All Motors 并确定(OK)。系统将检验所有的电机。 3、从主菜单Measurement -> New -> New Acquisition 设置实验条件。静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为in。 4、使用硅片，用50 倍物镜，1 秒曝光时间，100%激光功率取谱。使用曲线拟合（Curve fit）命令检查峰位。 三、实验 1、实验条件设置 1）、点击设置按钮（或者菜单中Measurement-->Setup Measurement），（设置）下列参数 2）、OK：采用当前设置条件，并关闭设置窗口；Apply：应用当前设置条件，不关闭窗口； 2、采谱：执行Measurement -> Run 命令。 四、关机 1、关闭计算机 1）、关闭WiRE2.0 软件； 2）、Start-->Shut Down-->Turn off computer。计算机将自动关闭电源。 2、关闭主机电源； 3、关闭激光器 1）、关闭钥匙； 2）、514 激光器散热风扇会继续运转，此时不要关闭主电源开关。等风扇自动停转后再关闭主电源开关； 五、注意事项 1、开机顺序：主机在前，计算机在后。 2、关机顺序：计算机在前，主机在后。514nm 激光器要充分冷却后才能关闭主电源。 3、自检：一定要等自检完成再做其他动作。不能取消（Cancel）。 4、硅片：514nm，自然解理线与横向成45 度时信号最强。780nm，(633nm,325nm)自然解理线与横向基本平行时信号最强。
激光拉曼光谱技术 摘要:论文综述了激光拉曼光谱的发展历史，拉曼光谱原理，其中有自发拉曼散射，相干反射托克斯拉曼散射光谱和受 激拉曼散射。 关键词:激光拉曼光谱原理自发反斯托克斯受激 正文 1．拉曼光谱的发展历史 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ω0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。拉曼因发现这一新的分子辐射和所取得的许多光散射研究 成果而获得了1930年诺贝尔物理奖。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。 法国罗卡特、卡本斯以及美国伍德证实了拉曼的观察 研究的结果。然而到1940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),人们难以 观测研究较弱的拉曼散射信号,更谈不上测量研究二级以上 的高阶拉曼散射效应。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。1960年 以后,红宝石激光器的出现,使得拉曼散射的研究进入了一 个全新的时期。由于激光器的单色性好,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。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。 70年代中期,激光拉曼探针的出现,给微区分析注人活力。80年代以来,美国Spex公司和英国Rr i ns how公司 相继推出,位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,因而不在需要采用双联单色器甚至三联单色器,而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。Di l o公司推出了多测点在线工业用拉曼系统,采用的光纤可达200m,从而使拉曼 光谱的应用范围更加广阔。 2拉曼光谱的原理 2.1自发拉曼散射 泵浦光注入光纤后，其部分能量转为拉曼散射光，当 泵浦光的强度小于阈值时，这时光纤分子的热平衡没有被 破坏，这种拉曼散射叫自发拉曼散射。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。2.2拉曼散射的产生 光子和样品分子之间的作用可以从能级之间的跃迁来 分析。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。这样,样品分子吸收光子后到达一种准激发状态,又称为虚能态。样品分子在准激发态时是不稳定的,它将回到电子能级的基态。若分子回到电子能级基态中的振动能级基态,则光子的能量未发生改变,发生瑞 利散射。如果样品分子回到电子能级基态中的较高振动能 级即某些振动激发态,则散射的光子能量小于入射光子的能量,其波长大于入射光。这时散射光谱的瑞利散射谱线较低频率侧将出现一根拉曼散射光的谱线,称为St okes线。如果样品分子在与入射光子作用前的瞬间不是处于电子能级 基态的最低振动能级,而是处于电子能级基态中的某个振动能级激发态,则入射光光子作用使之跃迁到准激发态后,该 分子退激回到电子能级基态的振动能级基态,这样散射光能量大于入射光子能量,其谱线位于瑞利谱线的高频侧,称为
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
山西大学学报(自然科学版)24(3):279～282,2001 Jour nal of Shanxi Univ ersity(Na t.Sci.Ed.) 文章编号:0253-2395(2001)03-0279-04 激光拉曼光谱及其应用进展 刘 玲 (西南师范大学化学化工学院,重庆400715) 摘 要:综述了近年来激光拉曼光谱的几种分析技术及其应用,涉及到的激光拉曼光谱有傅立叶变换拉曼光谱、表面增强拉曼光谱、激光共振拉曼光谱、高温激光拉曼光谱、激光拉曼显微及激光拉曼遥测技术等。 关键词:激光拉曼光谱;应用 中图分类号:O652 文献标识码:A 从1928年起,拉曼光谱的发现距今已有70余年。激光技术的兴起使拉曼光谱成为激光分析中最活跃的研究领域之一。激光拉曼和红外光谱相辅相成,成为进行分子振动和分子结构鉴定的有利工具,被应用于纳米材料[1,2]、水中代谢物[3]、药物及药物成形剂[4]、植物有效成分[5]的结构分析。但传统拉曼光谱仪信号弱,灵敏度低,应用范围受到限制。为了提高激光拉曼光谱的信号强度,人们进行了大量卓有成效的研究工作,提出了一些新的激光拉曼分析技术及方法,本文就近五年来各种拉曼光谱技术在分析化学中的应用作一评述。 1 傅立叶变换拉曼光谱技术 1987年,Per kin Elmer公司推出第一台近红外激发傅立叶变换拉曼光谱(N I R F T-R)商品仪,它采用傅立叶变换技术对信号进行收集,多次累加来提高信噪比,并用1064m m的近红外激光照射样品,大大减弱了荧光背景。从此,N IR F T-R在化学、生物学和生物医学样品的非破坏性结构分析方面显示出了巨大的生命力。1996年,周光明等[6]就傅立叶变换拉曼光谱在无机、有机化合物、生物材料、高聚物等方面应用作过详尽综述。近几年来,化学工作者们对FT-Ra ma n光谱仍在不断探索。王斌等[7]采用F T-Raman光谱仪对蛋白质样品进行多次扫描,曲线拟合原始光谱图,以子峰面积表征对应二级结构含量,从而对蛋白质二级结构进行定量分析。可以根据人体正常组织和病变组织的F T-Ra ma n光谱差异从分子水平鉴别和研究病变的起因[8,9]。孙素琴首次利用F T-Raman光谱直接、准确、快速、无损地测定了23种常用植物生药材,并根据每种药材的光谱特征进行分类[10]。F T-Rama n光谱技术还应用在测定家兔体液中的葡萄糖含量[11]、亚麻油的组分[12]、棉织物上的有机染料[13]、碳酸钙的固相分析[14]以及共聚物[15]、金属有机化合物[16]的结构研究等等。 2 表面增强拉曼光谱技术 自1974年Fleischmann等人发现吸附在粗糙化的Ag电极表现的吡啶分子具有巨大的拉曼散射现象,后被Duy ne等人证实其表现增强因子可达106,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使激光拉曼光谱分析的信噪比大大提高,这种表面增强效应被称为表面增强拉曼散射(Surface-Enha nce Ra man Scatte ring,简称SERS)。迄今为止的研究主要集中在探讨表面增强的理论模型,寻找新的体系和实验方法以及进行表面增强拉曼光谱的应用研究。关于表面增强效应产生的机理现已提出十余种理论模型,但普遍适用的完善模型尚在不断探索之中。随着表面增强拉曼光谱分析的深入,新的表面活性载体和具有表面增强效应的物质不断涌现,除了早期的金属电极外,目前最普遍的活性载体为金属溶胶、金属沉积岛状膜等。为了提高SERS的灵敏度、稳定性和重现性,氧化银溶液、氯化银溶胶等新的活性基质,激光烧蚀、酸蚀、掺银、涂银等活性载体制备技术也在开发应用中。SERS技术是一种新的表面测试技术,可以在分子水平上研究材料分子的结构信息,如银纳米粒 收稿日期:2001-02-15 作者简介:刘 玲(1973-),女,安徽石台人,西南师范大学化学化工学院研究生。主攻方向:化学发光与低压离子色谱。
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 入射光与物质相互作用时除了发生反射、吸收、透射以及发射等光学现象外，还会发生物质对光的散射作用。相对于入射光的波数，散射光的波数变化会发生三类情况。第一类为瑞利散射，其频率变化小于3×105Hz，波数基本不变或者变化小于10-5 cm-1；第二类为布里渊散射，其频率变化小于3×109Hz，波数变化一般为(0.1～2) cm-1；第三类频率改变大于3×1010Hz，波数变化较大，这种散射被称为拉曼散射。从散射光的强度看，最强的为瑞利散射，一般为入射光的10-3，最弱的为拉曼散射，它的微分散射面积仅为10-30 cm2mol-1sr-1，其强度约为入射光的10-10左右。 经典的物理学理论认为，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。
第十一章 激光拉曼光谱分析 （Laser Raman Spectroscopy ，LRS ） §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 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时，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 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 υ=0 图11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 υ=1
从基态跃迁到某一虚拟态，返回到某一激发态，入射光频率大于散射光频率，如图中第1种情况，最后这种散射称斯托克斯(Stokes)线。 3、反斯托克斯(Anti-Stokes)散射 当原处于激发态的分子跃迁到某一虚拟态，返回到基态，入射光频率小于散射光频率，如图中第4种情况。这种散射称反斯托克斯(Stokes)线。 由于常温下处于基态的分子占绝大多数，斯托克斯线比反斯托克斯线强得多。 4、拉曼位移 入射光频率与拉曼散射光频率之差称拉曼位移。它与物质的振动和转动能级有关，不同的物质有不同的拉曼位移。 对于同一种物质，若用不同频率的入射光照射，所产生的拉曼散射光的频率也不相同，但拉曼位移却是一个确定值。 因此，拉曼位移与入射光频率无关，仅与分子振动能级有关。—拉曼光谱物质分子结构分析和定性鉴定的依据。 5、拉曼光谱： 横坐标：拉曼位移； 纵坐标：强度 二、去偏振度 激光是偏振光。 起偏振器测得的垂直于入射光方向散射光强和平行于入射光方向散射光强的比值称去偏振度，用ρ表示。 ρ取值：0~3/4； ρ→0，对称性高，ρ→3/4，不对称结构 三、共振拉曼效应 当选取的入射激光波长非常接近或处于待测分子生色团吸收频率时，产生电子耦合，拉曼跃迁的几率大大增加，使得分子的某些振动模式的拉曼散射截面增强高达106 倍,这种现象称为共振拉曼效应(Resonance Raman ,RR) 。 利用共振拉曼光谱的某些拉曼谱带的选择性增强，可以得到生色团振动光谱信息。但是只有少数分子具有与处于可见光区的激发光相匹配的电子吸收能级。（只有与生色团有关的振动形式才具有共振拉曼光谱）
第八章激光拉曼光谱Laser Raman Spectroscopy §8.1 拉曼散射的基本概念Basic Considerations §8.2 线性激光拉曼光谱实验技术 Experimental Techniques of Linear Laser Raman Spectroscopy §8.3 非线性激光拉曼光谱Nonlinear Raman Spectroscopy §8.5拉曼光谱学的应用Applications of Laser Raman Spectroscopy
拉曼散射(非弹性散射)：拉曼散射可以看成ωi 光子和初态为E i 的分子的非弹性碰撞： 碰撞后，光子能量为ωs , 分子能级变为E f .E f 可能比初能级E i 高，也可能比处能级E i 低。比初能级高时，分子从光子得到能量，比初态低时，分子给光子能量。比激发光能量低的散射光被称为Stokes 线，比激发光能量高的线被称为anti-Stokes 线。 若碰巧有一个实能级和激发光共振，被称为共振拉曼效应。此时，信号大大增强。
§8.2 线性激光拉曼光谱实验技术 Experimental Techniques of Linear Laser Raman Spectroscopy 拉曼散射的截面很小。在一个强背景下要检测一个弱信号不是件容易的事。 腔内多次反射激光拉曼光谱实验示意图。CM：4镜多次反射系统，DP：Dove 棱镜，把光映象旋转90度。
用氩离子激光488纳米激发C 2N 2 得到的拉曼光谱。 拉曼光谱用一个激光波长，不用扫描。早期检测用摄谱仪，现在多用单色仪。当然，用福立叶光谱仪更好。把液体放入毛细管光纤中可以大大增强强度。
拉曼光谱仪操作手册 一．激光器的开关机步骤 1. 开机： ⑴. 用万用表检查配电柜中的三相电，是否在正常值（380V）±5%的范围之内， 合上空开。 ⑵．启动水冷器，并将水温设置到22℃。打开冷却水球阀。 ⑶.检查遥控头上是否还有故障灯亮启。检查遥控头上的各个按键是否在正常位 置，旋钮是否在最小处。在确定无误后，将遥控头上的钥匙顺时针扭动九十度。经过延时后，激光器电流将跳升至启始电流（10Amps左右）。 ⑷．激光器启动10分钟后，将电流缓慢加至工作电流（工作电流根据实际情况 而定）。半小时后，激光器功率输出可以稳定。 ⑸．改变输出波长时，首先应分别调整激光头后端上的竖直、水平旋钮，使现用 波长激光的输出功率最大。然后拧动竖直旋钮（从短波长向长波长变化时顺时针拧动，反之逆时针）。找到所需谱线后，再分别微调竖直、水平旋钮，使输出功率最佳。 ⑹．若要将棱镜更换成全反镜时，首先应适当加大激光器的电流并拧动竖直旋钮 将谱线调到488nm，然后分别微调竖直、水平旋钮，使激光输出达到最佳。 逆时针拧动棱镜镜架，并退下棱镜。将全反镜镶入腔孔（在将全反镜镶入腔孔时，注意避免镜面碰到腔孔的边缘，以免造成全反镜的损坏），随之顺时针拧动全反镜架使之卡入到位。此时应有激光出现。微调竖直、水平旋钮使激光输出达到最佳。 2．关机： ⑴．将激光器的电流由工作电流降至启始电流。将钥匙逆时针扭动九十度。 ⑵．拉下激光器电源空开。 ⑶．激光器关机10分钟或确认激光器已被充分冷却后，关断水冷器电源并关闭 冷却水球阀。 3．注意事项及突发情况的应急处理： ⑴．激光器在开启，电流跳升至启始电流10分钟后，方可缓慢加大电流至工作 电流。 ⑵．激光器关机尤其在关断冷却水后，一般不要重新开机。若遇特殊情况必须开 机时，在确认前次断水时激光器是在得到充分冷后才断水的，可以开机。开机步骤与正常开机相同。 ⑶．激光器若长时间不用，也应定期将激光器开启，并适当加大电流运行一段时 间，以免激光器长时间放置，激光管欺压增高造成损坏。 ⑷．激光器在正常运行中遇到突然断电或冷却水管道发生爆裂等情况，造成冷却 水突然断水时，应立即关断激光器冷却水进水球阀，短时间内不要重新启动（避免短时间内供水恢复后，冷水再次进入激光器，造成激光管损坏）。然后按正常关机步骤关闭激光器。24小时后方可重新开机。 二．校准拉曼光谱仪 1. 把夹缝1，夹缝2，夹缝3和夹缝4分别设置成100，100，全开和全开的状 态。