第八章 拉曼光谱法

拉曼光谱法0421拉曼光谱法1拉曼光谱法是研究化合物分子受光照射后所产生的散射，散射光与入射光能级差及化合物振动频率、转动频率间关系的分析方法。

与红外光谱类似，拉曼光谱是一种振动光谱技术。

所不同的是，前者与分子振动时偶极矩变化相关，而拉曼效应则是分子极化率改变的结果，被测量的是非弹性的散射辐射。

拉曼光谱采用激光作为单色光源，将样品分子激发到某一虚态，随后受激分子弛豫跃迁到一个与基态不同的振动能级，此时，散射辐射的频率将与入射频率不同。

这种“非弹性散射”光被称之为拉曼散射，频率之差即为拉曼位移（以cm-1 为单位），实际上等于激发光的波数减去散射辐射的波数，与基态和终态的振动能级差相当。

频率不变的散射称为弹性散射，即所谓瑞利散射。

如果产生的拉曼散射频率低于入射频率，则称之为斯托克散射。

反之，则称之为反斯托克散射。

实际上，几乎所有的拉曼分析都是测量斯托克散射。

用散射强度对拉曼位移作图得到拉曼光谱图。

由于功能团或化学键的拉曼位移与它们在红外光谱中的吸收波数相一致，所以谱图的解析也与红外吸收光谱相同。

然而，通常在拉曼光谱中出现的强谱带在红外光谱中却成为弱谱带甚至不出现，反之亦然。

所以，这两种光谱技术常互为补充。

拉曼光谱的优点在于它的快速，准确，测量时通常不破坏样品（固体，半固体，液体或气体），样品制备简单甚至不需样品制备。

谱带信号通常处在可见或近红外光范围，可以有效地和光纤联用；这也意味着谱带信号可以从包封在任何对激光透明的介质（如玻璃，塑料内）或将样品溶于水中获得。

现代拉曼光谱仪使用简单，分析速度快（几秒到几分钟），性能可靠。

因此，拉曼光谱与其他分析技术联用比其他光谱联用技术从某种意义上说更加简便（可以使用单变量和多变量方法以及校准）。

除常规的拉曼光谱外，还有一些较为特殊的拉曼技术。

它们是共振拉曼光谱，表面增强拉曼光谱，拉曼旋光，相关-反斯托克拉曼光谱，拉曼增益或减失光谱以及超拉曼光谱等。

其中，在药物分析应用相对较多的是共振拉曼和表面增强拉曼光谱法。

拉曼光谱【引言】在瑞利和布里渊光散射现象的基础上，斯梅卡尔研究了两个能级系统对光的散射，并预言散射谱中除了入射光频率的谱线外，将在两侧出现新的谱线。

1928年印度物理学家拉曼（C．V．Raman）实验发现了这个效应，即在频率不变的瑞利散射线两侧对称地排列着数条拉曼散射偏振线，它们的频移量与红外振动频率相等而与所用光的频率无关。

几乎与此同时，前苏联的物理学家曼杰斯塔姆和兰茨别尔格也观察到类似的现象。

拉曼由于这项成就，荣获1930年诺贝尔物理奖。

拉曼散射是单色光对分子或晶体极化作用产生的一种非弹性散射，其散射线的数目，频移量的大小，谱线强度及偏振特性反映了散射分子的结构、其中原子的空间排列和相互作用的强弱，因此拉曼散射光谱揭示了分子和晶体的结构、组分、排列对称性及相互作用的信息。

被广泛用于物质鉴定和分子结构有关的学科领域，为此现已发展了各种激光拉曼技术并已被用于相关的技术之中。

【实验目的】1．掌握拉曼散射的基本原理，初步学会根据拉曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类型。

2．掌握拉曼散射光谱的实验技术。

【实验原理】当受光照射时，介质对光除反射、吸收和透射之外，总有一部分向四周散射。

相对于入射光的频率或波数改变可分为三类散射。

第一类是散射光的频率与入射光的基本相同，频率变化小于3×105Ｈｚ，相应的波数变化小于10－5ｃｍ－1，通常称它为瑞利（Ｒａyｌｅiｇｈ）散射；第二类是频率变化约为3×109Ｈｚ，波数变化约为0．1ｃｍ－1，称为布里渊（Ｂｒiｌｌｏｕiｎ）散射，第三类的频率或波数变化比较大，频率变化大于3×1010Ｈｚ，波数变化大于1ｃｍ－1，这就是拉曼（Ｒａｍａｎ）散射。

拉曼散射对应于分子的转动、振动能级之间的跃迁范围，它是由印度科学家拉曼（Ｃ．Ｖ．Ｒａｍａｎ）于192８年发现的。

从散射光的强度来看，瑞利散射最强，是入射光的10－3左右，拉曼散射最弱，通常小于入射光的10－6，因此当强度、单色性和方向性极好的激光的诞生，以及高质量、低杂散光的单色仪和高灵敏度的微弱信号检测系统出现以后，拉曼散射光谱技术才得以迅速发展。

拉曼光谱法的原理和应用1. 拉曼光谱法的基本原理拉曼光谱法是一种非常重要的光谱分析方法，它基于拉曼散射的原理。

拉曼散射是指当入射光与样品发生相互作用时，一部分光子的能量被转移给样品分子，然后以不同的频率重新散射出来。

这种重新散射的光子所具有的能量差值既可以是正的，也可以是负的，分别对应着被称为斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼散射光。

•斯托克斯线：当光子从较高的能级跃迁到较低的能级时，拉曼散射光的频率减小，能量减小，波长增加。

•反斯托克斯线：当光子从较低的能级跃迁到较高的能级时，拉曼散射光的频率增加，能量增加，波长减小。

2. 拉曼光谱法的应用领域拉曼光谱法具有广泛的应用领域，包括但不限于以下几个方面。

2.1. 材料科学•物质成分分析：拉曼光谱法可以用于材料的组成分析，通过比对样品的拉曼光谱图与数据库中的标准光谱进行比对，可以准确分析样品中的成分。

•结构表征：拉曼光谱法可以提供物质的分子结构信息，该信息可以用于研究材料的晶体结构、化学键的构型等重要参数。

•表面增强拉曼光谱：通过表面增强效应，可以提高样品的散射和检测灵敏度。

这种技术可以应用于纳米材料、生物分析、化学传感等领域。

2.2. 化学分析•溶液分析：拉曼光谱法可以用于溶液中化学物质的浓度和组成分析，具有快速、无需特殊处理的优势。

•反应动力学研究：通过监测反应溶液中物质浓度的变化，可以推断反应的动力学过程和速率常数。

2.3. 生物医学•药物分析：拉曼光谱法可以用于药物的质量控制、纯度检测等方面，具有快速、无损、无需特殊处理的特点。

•生物分子分析：拉曼光谱法可用于蛋白质、DNA、RNA等生物分子的结构和成分分析，可以研究生物分子的结构、功能和相互作用。

2.4. 环境监测•气体分析：拉曼光谱法可以用于空气污染物的检测和分析，例如检测有毒气体、工业废气等。

•土壤和水质分析：拉曼光谱法可以用于土壤和水质中的有机物、无机物的检测和分析，具有快速、无损的特点。

拉曼光谱的原理
拉曼光谱是一种分析材料的非常重要的光谱技术。

它利用拉曼散射现象来研究物质的分子结构和化学成分。

拉曼散射是指物质被光激发后，发生的光的频率改变的现象。

当入射光与物质相互作用时，一部分光会发生弹性散射，即光的频率保持不变。

然而，少量的光会发生非弹性散射，出射光的频率发生改变。

这种频率的改变称为拉曼散射频移。

拉曼光谱的原理基于拉曼散射导致的频移现象。

当入射光与物质发生相互作用时，入射光的一部分会被样品中的分子散射。

根据量子力学和振动理论，物质分子的振动和旋转会导致散射光的频率发生改变。

这种频率的改变与物质的化学组成和结构有关，因此可以通过测量散射光的频率变化来分析样品。

为了测量拉曼光谱，首先需要一个激光源。

激光光束通过透镜聚焦到样品上，与物质相互作用后，散射光被收集并传递到光谱仪中。

光谱仪中包含光栅和光电探测器。

光栅可以将散射光按照频率进行分离，使得不同频率的散射光可以被准确地测量。

光电探测器可以将光能转化为电信号，进而获得光谱图。

通过分析拉曼光谱图，可以得到物质的分子振动信息。

拉曼光谱可以提供许多有用的信息，例如分子的结构、功能基团、化学键以及样品的杂质。

此外，拉曼光谱还可以用于判别不同物质之间的差异，实现物质的快速鉴定和定量分析。

综上所述，拉曼光谱是一种基于拉曼散射的光谱技术，通过测
量散射光的频率变化来分析物质的化学组成和结构。

拉曼光谱具有非常广泛的应用领域，包括化学、材料科学、生物医学等。

拉曼光谱原理
拉曼光谱是一种用于研究物质的结构、组成和状态的非常有用的光谱技术。

它以印度物理学家拉曼的名字命名，他于1928
年首次发现了拉曼散射现象。

拉曼光谱是通过测量物质散射光的频率变化来获得信息的。

当一束光照射到物质样品上时，其中一部分光被散射。

根据散射的方向和频率，可以分为两种类型：斯托克斯散射和反斯托克斯散射。

斯托克斯散射是指散射光的频率比入射光低，而反斯托克斯散射则是指散射光的频率比入射光高。

两者之间的频率差称为拉曼位移。

拉曼光谱的原理基于分子的振动和旋转引起的光的频率变化。

当光与物质相互作用时，光可以通过与物质分子相互作用来获得或失去能量。

如果光与物质分子的振动和旋转能级匹配，就会发生拉曼散射，其散射光的频率将发生变化。

通过测量拉曼散射光的频率变化，可以获得与物质分子的振动和旋转有关的信息。

由于不同分子之间的振动和旋转方式不同，它们的拉曼光谱也会有所区别。

拉曼光谱可以被广泛应用于化学、物理、生物和材料科学等领域。

它可以用来确定物质的化学组成、鉴定特定的化学物质、研究分子结构和相互作用等。

拉曼光谱还具有非破坏性和非接
触性的优势，因此可以应用于固体、液体和气体等不同形态的物质。

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。