第11章 拉曼光谱分析法

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。

拉曼光谱分析拉曼光谱分析是光谱学中重要的一个分支，主要研究物质中原子结构的组成和构型结构，利用拉曼散射原理分析物质对广谱激发源的散射反应。

拉曼光谱分析方法被广泛应用于分子的结构异质性研究、环境材料的测定、有机合成反应机理的研究、可见光和红外区域的分子性质的研究等方面。

拉曼光谱的分析方法包括多种，其中最常用的是红外-可见拉曼光谱(IR-vis Raman spectroscopy)，这种技术在各种分析应用中都十分有效、稳定。

拉曼光谱分析可以在多种范围内提供良好的空间分辨率、时间分辨率和动态分析性能，且结果可靠。

拉曼光谱分析主要以拉曼光谱仪为仪器，以激发源、解调装置、光谱检测器、数据处理系统等组成，可进行对不同物质的定量分析。

拉曼光谱的研究方法有许多，其中最常用的是拉曼显微镜的应用，这种方法可以使显微样品中的全部结构特征得到清晰的绘制，拉曼显微镜可用来分析单分子及结构光谱学研究、微量物质成份及结构研究以及其他有机和无机分析等领域。

另外，还有拉曼聚焦显微镜，它是结合传统的拉曼光谱技术和显微成像技术的一种有效的组合，可以同时采集拉曼光谱和显微图像，这在分析特定位置的光谱特征方面有很大的用处，这类技术的系统也可以应用于生物样本的光谱探测分析，可以获得更为精确的结果。

拉曼光谱分析技术也在电化学领域发挥了重要作用，利用拉曼光谱技术可以快速准确地测定电化学反应物质中各种元素的含量，这种方法被用来研究聚合物材料及其电化学性质。

拉曼光谱分析在研究物质化学结构和性质的领域中发挥重要的作用，同时也在生物医学方面被广泛应用，可用来对细胞核基因组和细胞膜的化学特性进行研究，帮助科学家解释复杂的细胞过程。

总之，拉曼光谱分析是光谱学的一种重要技术，它可以提供准确的结果，在生物、物理等多个领域都有重要的应用，未来仍将有更大的发展前景。

拉曼光谱分析简介拉曼光谱分析是一种非常重要的光谱分析技术，它通过测量物质产生的拉曼散射光谱，来获取样品的结构和化学特性信息。

拉曼光谱分析是一种非毁灭性的分析技术，具有快速、灵敏、无需样品处理等优点。

本文将介绍拉曼光谱分析的原理、仪器设备以及应用领域。

原理拉曼光谱是一种由分子振动引起的散射光谱，它是分子能级间跃迁导致的，这种能级间跃迁通常称为拉曼散射。

拉曼散射有两种类型：弹性散射和非弹性散射。

弹性散射不改变光子的能量，而非弹性散射改变光子的能量。

拉曼光谱分析主要关注非弹性散射。

拉曼光谱分析的原理可以用以下简单的公式表示：其中，ω0是激发激光的频率，ωR是散射光的频率。

Δω = ωR - ω0称为拉曼位移，它表示了散射光与激发激光的频率差异。

仪器设备进行拉曼光谱分析需要使用拉曼光谱仪。

典型的拉曼光谱仪由以下几个主要部分组成：1.激光源：用于提供激发激光。

激光源通常使用激光二极管或气体激光器。

2.光学系统：包括收集和聚焦激光光束的透镜、散射样品的光学系统和收集散射光的光学系统。

3.光谱仪：用于分析收集到的散射光谱。

光谱仪通常包括光栅或狭缝，用于分离不同频率的散射光。

4.光敏探测器：用于测量分离后的散射光强度。

光敏探测器常用的包括光电二极管和光电倍增管。

5.数据处理系统：用于控制仪器设备，获取和分析光谱数据。

应用拉曼光谱分析在很多领域都有广泛的应用，以下列举了一些常见的应用领域：化学分析拉曼光谱可以用于分析和鉴定化学物质。

由于每种化学物质具有独特的拉曼光谱特征，因此可以通过比对样品的拉曼光谱与标准库中的光谱，来确定样品的成分和浓度。

生物医学研究拉曼光谱分析在生物医学研究中有很多应用。

例如，可以使用拉曼光谱分析来研究细胞的组成和结构，从而了解生物体内部的变化和疾病发展。

材料科学拉曼光谱分析在材料科学中也有广泛应用。

它可以用于表征和鉴定材料的结构、纯度和晶格缺陷等特性。

同时，拉曼光谱还可以研究材料的相变和相互作用等过程。

拉曼光谱分析拉曼光谱分析是20世纪80年代发展起来的一种无损检测技术，由于它能够直接检测出样品中微量元素的特征波长，因此这种方法可用于任何类型材料的定性、定量检测。

拉曼光谱通常是使用电子轰击被检物品，从而引起其内部结构的变化，形成以拉曼位移为特征的吸收光谱。

由于人体组织会发生多种物理和化学反应，因此拉曼光谱也可以对其进行定性、定量分析。

拉曼光谱既适用于各种样品的定性、定量检测，也适用于原材料的鉴别。

拉曼光谱是利用多层次样品对光的选择吸收，如同黑暗中的电灯泡，辐射光源照射在物质上，物质对不同频率的电磁波产生的选择吸收不同。

样品在拉曼光谱仪器里所受到的辐射强度正比于样品浓度的平方，光的强度越大，吸收就越强，被吸收的辐射功率就越弱，这个信号就是拉曼位移信号，它有一个峰值。

把光谱分成若干个区间，每一个区间代表一个样品，这样就得到了被分析样品的拉曼光谱图。

对于拉曼光谱法，由于需要专业的设备，操作也较为复杂，还有一些缺点，因此它只适合于某些特殊的场合，例如：科研机构研究单一样品；某些工艺流程中的产品或某一特殊阶段产品等。

例如，金属铜中含有Cu，分析其含量，可以采用其他方法，但是由于该铜样品本身具有磁性，用传统的方法测试比较困难，此时可以采用拉曼光谱法，只要检测出Cu的拉曼光谱，即可以测定铜中的含量，又如钢铁中碳的含量测定，在工业生产过程中会加入微量元素，当碳含量达到0。

1%时就不能排除其他杂质，此时就可以采用拉曼光谱分析法，找到碳含量小于0。

1%的碳，那么此批钢铁的合格率就能达到100%。

再如食品和药品等也可以通过拉曼光谱法进行检测。

目前我国的日用化学品已经全部列入强制性检验范围，凡是进口的产品都必须进行拉曼光谱分析。

以下介绍拉曼光谱的工作原理：被检测样品与入射电子之间存在着相互作用，引起样品中特征拉曼位移的强度称为拉曼增强。

拉曼位移的强度与样品浓度呈线性关系，可用拉曼增强的拉曼位移来确定样品的浓度。

拉曼增强的位移与样品的种类和浓度有关，并且随样品浓度增加而增大。

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。

在很长的一段时间，由于拉曼与生俱来的缺点(信号弱)而限制了它的应用，但是随着仪器技术的发展，仪器的灵敏度和分辨率不断提高，体积减小了，操作也简单了，同时仪器的价格也降低了，很多单位已经可以买的起了，用户也越来越多。

总体来说现在拉曼光谱仪已经向分析型仪器方向发展了，应用领域也由原来的材料领域，拓展到了化学、催化、刑侦、地质领域、艺术、生命科学等各个领域，甚至有一些QC领域也已经开始使用拉曼光谱仪了。

不过，我们同时也发现，由于当前拉曼光谱仪的用户还不是很多，很多用户拉曼光谱相关基础较弱，在使用过程中总会遇到一些问题，如Ramanshift和wavenumber是一回事吗？拉曼谱里面得到的荧光背景和荧光光谱仪里面的荧光图区别在哪里？激光拉曼光谱和红外光谱有什么区别?为此，小编今天给大家分享一下拉曼光谱仪使用过程中的一些常见问题和解决方案，其中也包括了一些基础的概念性问题帮助您更好的理解其中的原理，即使您是“门外汉”，看完这些对拉曼光谱也会有一个比较清楚的了解。

详细内容如下：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。

1. 两者是一回事。

ramanshift即为拉曼位移或拉曼频移，频率的增加或减小常用波数差表示，拉曼光谱仪得到的谱图横坐标就是波数wavenumber，单位cm-1。

2.两者一回事。

拉曼频移ramanshift指频率差，但通常用波数wavenumber表示，单位cm-1，可以说某个谱峰拉曼位移是??波数，或??cm-1。

3.在Raman谱中，wavenumber有两种理解，一种是相对波数，这时就等于Ramanshift;另一种是绝对波数(这在荧光光谱中用的比较多)，这个绝对波数是与激发波长有关，不同的激发波长得到的绝对波数是不一样的，这时Ramanshift等于(10000000/激发波长减去Raman峰的绝对波数)。

拉曼光谱分析的原理及应用1. 引言拉曼光谱分析是一种非常重要的光谱分析技术，可以用于物质的成分分析和结构表征。

本文将介绍拉曼光谱分析的基本原理，并探讨其在各个领域的应用。

2. 拉曼光谱分析的原理拉曼光谱分析基于拉曼散射效应，其原理可以简单概括为：物质受到激光照射后，光子与分子进行相互作用，一部分光子会被散射并改变频率，这个频率差称为拉曼散射频移。

通过测量拉曼散射光的频移，可以获取物质的结构信息和振动模式。

3. 拉曼光谱分析的步骤拉曼光谱分析包括以下几个步骤： - 选择适当的激光源和光谱仪，确保实验条件和仪器精度； - 将样品与激光束进行交互作用，通常采用激光聚焦技术，使激光与样品相互作用，产生拉曼散射光； - 使用光谱仪收集拉曼散射光，并对其进行光谱分析，包括频移的测量和峰谱分析； - 对光谱数据进行处理和解析，以获取样品的结构信息和振动模式。

4. 拉曼光谱分析的应用领域拉曼光谱分析在各个领域都有广泛的应用。

以下列举了几个典型的应用领域：4.1 材料科学•材料成分分析：通过拉曼光谱分析，可以对材料的成分进行快速、非破坏性的检测，如金属合金、聚合物材料等。

•相变研究：通过观察拉曼光谱中的频移和峰形变化，可以研究材料在不同温度和压力下的相变过程。

4.2 生物医学•药物分析：拉曼光谱可以用于药物的质量控制和表征，如药物的纯度、结晶形态等。

•细胞研究：通过拉曼光谱技术，可以对细胞内的分子成分和代谢物进行分析，以研究细胞的结构和功能。

4.3 环境监测•气体检测：拉曼光谱分析可以用于快速检测大气中的气体成分，如空气中的二氧化碳、甲烷等。

•水质检测：通过拉曼光谱分析，可以对水质进行快速、非破坏性的检测，如水中的重金属离子、有机物等。

4.4 犯罪科学•鉴定和分析：拉曼光谱分析可以被用于犯罪现场的样品分析和鉴定，如毒品、爆炸物等。

5. 拉曼光谱分析的优势和挑战拉曼光谱分析具有以下优势： - 非破坏性：样品不需要受到破坏或改变，可以进行多次分析。

拉曼光谱分析拉曼光谱分析是一种基于光谱仪技术的分析方法，通常用于分析分子结构，研究物质的组成成分，识别有机和无机化合物。

拉曼光谱是物质中分子键的动力学反应的结果。

当分子键之间的应力改变时，分子中的电子会从一种能量状态转变到另一种能量状态，这时会有光谱信号产生。

通过对拉曼光谱的研究，可以了解分子的结构及分子内的化学键的特性，从而完成分子结构鉴定等实验。

拉曼光谱分析的主要原理是，当物质由较低能级到较高能级时，由于能量平衡要求，物质发出拉曼谱线，用以表示分子结构的特征。

由于当物质进入较低能级时，物质发出的拉曼谱线比较弱，因此，传统的拉曼光谱分析需要用特殊的仪器，如电子光谱仪和质谱仪，来获取分子结构的特异性信号，然后用统计学方法对信号进行处理以获取拉曼光谱。

拉曼光谱分析具有一些独特的优点，如灵敏度高、量程可调，可以用于检测微量样品中的化合物。

它可以用于检测复杂结构物质，如生物分子等，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量。

此外，拉曼光谱分析可用于检测吸收形式的化学反应。

因此，拉曼光谱分析是不可缺少的实验技术，在分析有机化合物结构、研究物质组成成分、鉴定有机物等方面被广泛应用。

拉曼光谱分析是一种非常重要的分析技术，它可用于研究分子结构、分析有机化合物的组成成分和鉴定有机物，在分子结构的研究中发挥着重要作用。

它的灵敏度高、量程可调，可用于检测微量样品中的化合物，可以检测分子内部的结构特征和定量分析分子中的各种元素含量，并且可用于研究复杂结构物质，因此得到了更广泛的应用。

总之，拉曼光谱分析是一种重要的实验技术，它是一种既高灵敏又量程可调的分析技术，可以用来分析物质的组成成分、识别有机物和无机物，也可以用来研究分子的结构特征，并定量分析分子中的各种元素含量，是研究分子结构和检测化合物定量分析的重要工具。

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。

引言概述：拉曼光谱是一种非侵入性的光谱分析技术，可以用来研究物质的化学成分、结构和分子间相互作用等信息。

通过测量样品与激发光相互作用后反散射光的频移，可以得到样品的拉曼光谱图谱。

拉曼光谱具有快速、灵敏和无需样品处理等优势，因此在化学、材料科学、生物医学和环境科学等领域被广泛应用。

正文内容：一、理论基础1. 拉曼散射原理：介绍拉曼光谱的基本原理，包括应力引起的拉曼散射和分子振动引起的拉曼散射。

2. 基本理论模型：介绍拉曼光谱的基本理论模型，包括简谐振动模型和谐振子模型等。

二、仪器设备1. 激发光源：介绍常用的激发光源，如激光器和光纤激光器等，以及它们的特点和选择。

2. 光谱仪：介绍常用的拉曼光谱仪，包括激光外差光谱仪和光纤光谱仪等，以及它们的原理和优缺点。

3. 采样系统：介绍拉曼光谱的采样系统，包括反射式、透射式和光纤探头等，以及它们的适用范围和操作注意事项。

三、数据处理与分析1. 光谱预处理：介绍光谱预处理的方法，包括光谱平滑、噪声抑制和基线校正等，以提高数据质量和减少干扰。

2. 谱图解析：介绍拉曼光谱谱图的解析方法，包括峰拟合、峰识别和谱图比较等，以确定样品的化学成分和结构信息。

3. 定量分析：介绍拉曼光谱的定量分析方法，包括多元线性回归和主成分分析等，以快速准确地测量样品的含量和浓度。

四、应用领域1. 化学分析：介绍拉曼光谱在化学分析中的应用，包括有机物和无机物的定性和定量分析，以及催化剂和原位反应研究等。

2. 材料科学：介绍拉曼光谱在材料科学中的应用，包括纳米材料、多晶材料和聚合物等的表征和结构分析。

3. 生物医学：介绍拉曼光谱在生物医学中的应用，包括体液中代谢产物和蛋白质的检测，以及癌症和药物代谢研究等。

4. 环境科学：介绍拉曼光谱在环境科学中的应用，包括土壤和水体中有机物和无机物的检测，以及大气污染和环境污染物的监测等。

五、发展前景与挑战1. 发展前景：介绍拉曼光谱在未来的发展前景，包括高灵敏度和高分辨率的光谱仪、纳米尺度的光学探针和超快激光技术等。