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拉曼散射光谱的特征

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表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介

表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介

表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介1.拉曼光谱简介：光与物质分子的碰撞可以分为两类，即弹性碰撞和非弹性碰撞。

光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。

如果发生的是弹性碰撞，即光子仅改变运动方向而在碰撞过程中没有发生能量交换，这种散射为瑞利散射(Rayleigh scattering)；如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射就是拉曼散射(Raman scattering)。

结合图1我们可以更加清楚地了解光的散射过程。

图1 瑞利散射与拉曼散射的基本原理在激发光的激发下，分子从它的某一振动态(基态或激发态)跃迁到一个激发虚态，在皮秒时间尺度内跃迁回基态，同时伴随着光子的释放。

这时，大部分跃迁回基态时所释放的光子的波长与激发光相同，就是瑞利散射线。

另有少数光子的波长与激发光不同，即拉曼散射线，该散射又可以分为两类(见图1)：Stokes 散射和反Stokes散射。

由于常温下处于振动基态的分子数远多于处于振动激发态的分子数，所以Stokes谱线要比反Stokes线强得多。

拉曼光谱所关心的是拉曼散射光与入射光频率的差值，即拉曼频移。

不同的激发光所产生的拉曼散射光频率也不相同，但是拉曼频移是相同的。

拉曼频移表征的是化合物的振动—转动能级，在这一点上拉曼光谱与红外光谱是十分相似的[1,2]。

拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，它的应用早已超出化学、物理的范畴，渗透到生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域，成为研究分子结构和组态、确定晶体结构的对称性、研究固体中的缺陷和杂质、环境污染物、生物分子和工业材料微观结构的有力工具。

2.表面增强拉曼散射(SERS)简介：表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering)最早是由Fleishmann 等人[3]于1974年发现。

他们在研究电化学电池内银电极上吸附的吡啶分子的拉曼光谱时发现其谱线强度有明显增强，对此他们解释为电极表面粗糙化引起电极表面积的增加。

拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用

拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用

拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用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。

1. 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。

2.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。

3.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。

三维荧光的瑞利散射和拉曼散射

三维荧光的瑞利散射和拉曼散射

三维荧光的瑞利散射和拉曼散射。

【正文】1. 介绍：三维荧光的瑞利散射和拉曼散射是指在三维空间中，由于入射光和物质相互作用而产生的荧光效应。

在这篇文章中，我们将深入探讨三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。

2. 瑞利散射：瑞利散射是指入射光和物质之间发生的弹性碰撞，使得入射光的能量在各个方向上都发生了散射。

瑞利散射主要发生在粒径小于入射光波长的微观颗粒上，是由于物质的分子和原子对光的散射作用。

瑞利散射产生的荧光效应在三维空间中呈现出独特的立体效果，为图像的呈现增添了立体感和深度感。

3. 拉曼散射：与瑞利散射相比，拉曼散射是指入射光与物质相互作用后，出射光的频率发生了变化，产生了新的频率成分。

拉曼散射的特点是能够提供物质的结构信息，对于材料的表征和分析具有重要的意义。

在三维空间中，拉曼散射的立体效应呈现出多彩多姿的光谱特征，为材料分析和科学研究提供了丰富的信息。

4. 应用：三维荧光的瑞利散射和拉曼散射在许多领域都有重要的应用价值。

在生物医药领域，可以利用三维荧光的瑞利散射和拉曼散射技术进行细胞和组织的成像，实现疾病的早期诊断和治疗。

在纳米材料和光学器件研究中，三维荧光的瑞利散射和拉曼散射也被广泛应用，为新材料的设计和制备提供了重要参考。

5. 个人观点和理解：从简到繁，由浅入深地探讨了三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。

通过本文的学习，我对这一主题有了更深入的理解，尤其是在立体效应和应用方面有了更全面、深刻和灵活的认识。

我认为，三维荧光的瑞利散射和拉曼散射是一项非常有价值的研究课题，有着广阔的发展前景。

【总结与回顾】在本文中，我们深入探讨了三维荧光的瑞利散射和拉曼散射的原理、特点和应用。

通过对瑞利散射和拉曼散射的具体分析，我们了解了这两种散射现象在三维空间中的独特效应，以及它们在生物医药、纳米材料和光学器件等领域的重要应用。

从个人观点来看，我对这一主题有了更深入的理解，尤其在立体效应和应用方面有了更全面、深刻和灵活的认识。

拉曼光谱的特点

拉曼光谱的特点

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514.5nm，
488.0nm； 散射强度1/4 单色器： 光栅，多单色器； 检测器： 光电倍增管， 光子计数器；
拉曼散射光谱的优点
(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、 透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用 来测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦， 因而极微量样品都可测量。
例：线形分子CO2 ，有四个（ 3N-5 ） 简正振动模。每个振动过程中极化率和偶
极矩的变化示于下图。
例：非线形分子SO2 ，有三个（ 3N-6 ） 简正振动模。每个振动过程中极化率和
偶极矩的变化示于下图。
互不相容原理
具有对称中心的分子： 红外活性的振动模，拉曼非活性 拉曼活性的振动模，红外非振动 红外+拉曼→全部振动谱
c 相互禁止规则：少数分子的振动，既非拉曼活 性，又非红外活性。
如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱 中均观察不到该振动的谱带。
二、 仪器结构与原理
仪器组成
激光拉曼光谱仪的基本组成有激光光源，样品 室，单色器，检测记录系统和计算机五大部分。
拉曼光谱仪中最常用的是He~Ne气体激光器。
其输出激光波长为6328埃，功率在100mW以下。
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
2、产生拉曼位移的条件
拉曼散射不要求有偶极矩的变化，却要求有
极化率的变化，与红外光谱不同，也正是利用 它们之间的差别，两种光谱可以互为补充。
Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶

拉曼光谱仪的特点

拉曼光谱仪的特点

拉曼光谱仪的特点1.非破坏性分析：拉曼光谱仪采用非破坏性的分析方法，样品不需要经过特殊处理或破坏性的样品制备步骤。

这种特点使得拉曼光谱仪可以直接对样品进行分析而无需破坏样品的形态和结构。

2.分子特异性：拉曼光谱仪对样品的分析具有高度的分子特异性。

由于每种分子都具有特定的振动频率，拉曼光谱仪可以通过观察样品的振动光谱来区分和识别不同的分子结构。

这使得拉曼光谱仪在化学、生物、材料等领域的分析中有着广泛的应用。

3.高灵敏度：拉曼散射现象本身具有较高的灵敏度。

即使在低浓度或微量样品的分析中，拉曼光谱仪也能够获得清晰的光谱信号。

通过合适的探测器和优化的光学设计，拉曼光谱仪可以达到更高的灵敏度，以满足不同分析需求。

4.高分辨率：拉曼光谱仪具有很高的光谱分辨率。

这意味着它可以精确地分辨出不同的拉曼频移，提供准确的分析结果。

这对于研究样品的微结构、晶格结构等起着重要作用。

5.快速分析：由于拉曼光谱仪的非破坏性和高灵敏度，它能够在较短的时间内对样品进行分析。

这使得拉曼光谱仪成为一个快速分析工具，特别适用于高通量样品分析和在线监测。

6.易于操作：拉曼光谱仪通常具有简单的仪器设置和易于操作的软件界面。

使用者无需具备高级的光学知识，即可进行基本的拉曼光谱测量和分析。

这使得拉曼光谱仪成为一个广泛应用于各类实验室和工业环境的分析工具。

总之，拉曼光谱仪具有非破坏性、分子特异性、高灵敏度、高分辨率、快速分析和易于操作等特点。

这些特点使得拉曼光谱仪在化学、生物、材料等领域的研究和应用中发挥了重要的作用。

随着技术的进步和仪器的改进，拉曼光谱仪在未来有望实现更高的分辨率、更高的灵敏度和更广泛的应用。

拉曼光谱拉曼谱是以印度物理学家拉曼（C.V.Raman）命名的一种散射光谱

拉曼光谱拉曼谱是以印度物理学家拉曼（C.V.Raman）命名的一种散射光谱

拉曼光谱拉曼谱是以印度物理学家拉曼(C.V.Raman)命名的一种散射光谱．1928年拉曼和克利希南(K.S.Krishnan)在研究单色光在液体中散射时，不仅观察到与入射光频率相同的瑞利散射，而且还发现有强度很弱，与入射光频率不同的散射光谱．同年，前苏联的曼迭利斯塔姆和兰兹贝尔格在石英的散射中也观察到了这一现象．这种新谱线对应于散射分子中能级的跃迁，为研究分子结构提供了一种重要手段，引起学术界极大兴趣，拉曼也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖．但由于拉曼光谱很弱，受当时光源和检测手段的限制，它的发展曾停滞了一段时期．19世纪60年代激光技术的出现使拉曼光谱得以迅速发展，再加上近年来发展的高分辨率的单色仪和高灵敏度的光电检测系统，使拉曼光谱学进入崭新的阶段，应用领域遍及物理、化学、生物、医学等．利用各种类型的材料作为散射物质，几乎都可能得到相应的拉曼谱．这种新型的实验技术正日益显示其重要意义。

通过实验了解激光拉曼光谱仪的基本结构与工作原理；了解拉曼散射的原理及其在现代科学研究中的作用；测量典型的CCl4拉曼散射谱。

一、实验原理当一束单色光入射在固、液或气态介质上时，从介质中有散射光向四面八方射出．散射光中较强的是瑞利散射，其频率与入射光频率ν0相同，其强度和数量级约为入射光强的10-4～10-3．除瑞利散射外还有拉曼散射，拉曼散射的散射光频率ν与入射光频率相比有明显的变化，即ν=ν0±|Δν|，其强度数量级约为瑞利散射的10-8-10-6，最强的也只是瑞利散射的10-3．瑞利线ν0长波一侧出现的散射线ν=ν0-|Δν|称为斯托克斯(Stokes)线，又称为红伴线；把短波一侧出现的ν=ν0+|Δν|称为反斯托克斯(anti-Stokes)线，又称紫伴线．斯托克斯线比反斯托克斯线通常要强一些．散射光频率ν相对于入射光频率ν0的偏移，即拉曼光谱的频移Δν，是拉曼谱的一个重要特征量．散射线的±|Δν|相对于瑞利线是对称的，而且这些谱线的频移Δν不随入射光频率而变化，只决定于散射物质的性质．换句话说，在不同频率单色光的入射下都能得到类似的拉曼谱．拉曼散射是由分子振动，固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射。

拉曼光谱

拉曼光谱
设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如图所示。当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，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。设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而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。
拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。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。拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。
拉曼光谱－原理 拉曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应:
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。
.24H-SiC
图4为橙色区域（纵切片上边缘的三角形区域）SiC晶体的显微拉曼光谱图。分析得到各拉曼峰对应的声子模及其简约波矢、对称性分别为：205.8cm-1（FTA，x=0.5，E2），267.1cm-1（FTA，x=1，E1）；612.0cm-1（FLA，x=1，A1）；778.8cm-1（FTO，x=0.5，E2），796.3cm-1（FTO，x=0，E1）；970.0cm-1（LOPC模）。4H-SiC的六方百分比为0.5。简约波矢x=0.5的FTA模（205.8cm-1）和FTO模（778.8cm-1）的强度分别大于其它简约波矢的FTA和FTO模的强度，且其它拉曼峰也与4H-SiC的文献报道值[5]相符，可以判断橙色区域为4H-SiC。值得注意的是，拉曼光谱中出现了187.5cm-1的拉曼峰，这是由于4H-SiC简约波矢x=0.5的FTA模峰形展宽造成的，说明4H-SiC的结晶质量一般[5]。实验测得橙色区域4H-SiC的导电类型也为n-型，说明载流子主要为自由电子。970.0cm-1的拉曼峰为4H-SiC的LOPC模，与本征4H-SiC的FLO模（964.0cm-1，x=0，A1）[Байду номын сангаас]相比较，其拉曼位移值仅仅增大了6.0cm-1；且LOPC模的强度仍可与778.8cm-1（FTO，x=0.5）的强度相比拟，这说明橙色区域4H-SiC晶体中的载流子（主要为自由电子）浓度不高[8]。这说明在掺氮6H-SiC单晶的生长条件下，4H-SiC与6H-SiC的掺氮效应存在明显差异。

三级拉曼光谱

三级拉曼光谱

三级拉曼光谱
三级拉曼光谱，也称为三阶拉曼光谱或三级拉曼散射，是一种高级的光谱技术，用于研究材料的微观结构和动力学性质。

这种技术是基于拉曼散射的原理，但比传统的拉曼光谱（一级拉曼光谱）更加复杂和敏感。

一、拉曼散射基础
拉曼散射是一种非弹性散射现象，其中光子与物质相互作用，导致光子能量的变化。

这种能量变化与材料的分子振动、转动或其他低能量模式相关联，因此可以用来研究材料的分子结构。

二、三级拉曼光谱的特点
1. 高阶散射过程：三级拉曼光谱涉及更复杂的光子与物质的相互作用，包括三次或更多次的散射事件。

这使得三级拉曼散射比一级拉曼散射更难检测。

2. 灵敏度和分辨率：三级拉曼光谱提供更高的灵敏度和分辨率，可以检测到更微弱和更细微的分子振动和能量转移过程。

3. 复杂的实验设备：进行三级拉曼光谱实验需要更复杂的设备和技术。

通常需要高强度的激光源和高灵敏度的探测器。

4. 应用领域：三级拉曼光谱在物理、化学、生物学和材料科学等领域有广泛的应用，尤其是在研究复杂生物分子和纳米材料的结构和性质方面。

三、挑战和局限性
●信号强度：三级拉曼信号通常比一级拉曼信号弱得
多，因此检测和分析更加困难。

●数据解释：由于涉及的过程更加复杂，对三级拉曼
光谱数据的解释也更具挑战性。

尽管有这些挑战，三级拉曼光谱作为一种先进的分析技术，仍然在科学研究中发挥着重要作用，特别是在研究材料的微观机制和动态过程方面。

拉曼光谱

拉曼光谱
本节是从定性角度解释拉曼光谱偏振特性的。
定性解释拉曼光谱的偏振特性。
Z
沿y方向的入射光，是平
Ez
面偏振光（激光），偏振方
Iz
Y 向是沿z方向记为Ez。照在一
入射光方向 球形分子的外面的电子云是
观察方向
X (检测方向)
球形的。
⑴若分子与入射光作用后，分子的电子云仍是球
形的，那在x方向测到的拉曼散射光仍是沿z方向的偏
分子
AB A
振动膜
AB A
A BA
AB A
极化率随简 正坐标的变 化（示意图）
极化率导数
≠0
拉曼活性
是
偶极距随简 正坐标的变 化（示意图）
偶极距导数
=0
红外活性
非
＝0
＝0
非
非
≠0
≠0
是
是
上表是线型分子ABA的极化率和偶极矩在平衡位置附近
的变化以及振动的拉曼活性及振动的红外活性。
例：CO2：3N－5＝4 有四个振动模式
量子力学理论证明，光谱跃迁 的选择定则为：
∫ φi Pφf dτ ≠ 0
扰动
φf φi
其中， φi 和φf为分子在初态和 终态的波函数，P为感生偶极矩。
根据经典理论：P=αE。其中P是矢量，E是入射 光的电场也是矢量， α是极化率，在分子振动时，它 是极化率椭球，要用张量表示。
写成分量形式：
Px xx xy xz E x P Py yx yy yz E y
e2i(Ei / h)t ,简谐波函数是全对称
∴只有当αxy和φf属同一对称类时，分子从i→f，E0→Ei 的跃迁是拉曼活性的。即∫ φi Pφf dτ ≠ 0 —— 拉曼活性 的量子条件。

拉曼光谱

拉曼光谱

24
拉曼光谱的应用

同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，C≡C产生强 拉曼谱带，随单键→双键→三键谱带强度增加。 红外光谱中，由C≡N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱 带一般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱 带。


环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
25
拉曼光谱的应用

21
拉曼光谱仪使用注意事项

测量前要按照先开硬件再开软件的原则开机，以免 造成开机后的软件报错； 开机完成后，测量前需先进行单晶硅的测量，从而 对仪器进行矫正； 测量聚焦过程中要防止样品碰到物镜，以免造成物 镜损坏或污染； 测量完成后关机，关机顺序与开机相反，为先软件 后硬件的原则。同时务必保证激光器的关闭，以免 影响激光器寿命或发生火灾。
34
拉曼光谱在高分子中的应用

Liem等利用共焦显微拉曼光谱和极化拉曼光谱研究 了聚苯乙烯（PS）薄膜（50~180nm）的玻璃化转 变温度，研究表明当PS薄膜越薄，其玻璃化转变温 度越低，当厚度超过90nm时，其玻璃化转变温度与 本体聚合物相一致，这一测量结果与布里渊散射法 和椭圆偏光仪法一致.
32
拉曼光谱在高分子中的应用

研究聚合物链的构象结构； 研究聚合物的玻璃化转变和结晶； 研究聚合物的扩散界面； 研究聚合物共混体系的相态结构及其高分子多相体 系的相容性。 研究聚合物溶液的相转变。




33
拉曼光谱在高分子中的应用

高分子聚合物可以分为两大类———非晶聚合物和 结晶聚合物。对于非晶聚合物，玻璃化转变是一种 普遍现象，在高聚物发生玻璃化转变时，许多物理 性能发生急剧变化。如作为塑料使用的高聚物，当 温度升高至发生玻璃化转变温度以上时，便丧失了 塑料原有的坚固性，变成了橡胶；而作为橡胶使用 的材料，当温度降低至玻璃化转变温度以下时，便 失去橡胶的高弹性，变成硬而脆的塑料。

拉曼光谱特征峰查阅

拉曼光谱特征峰查阅

拉曼光谱特征峰查阅
拉曼光谱是一种用于分析物质结构和化学成分的技术，它通过
测量样品散射光的频率偏移来获取信息。

拉曼光谱的特征峰可以提
供关于样品中化学键振动和晶格振动的信息。

以下是一些常见的拉
曼光谱特征峰及其对应的化学意义：
1. O-H 振动，在大部分有机物中，O-H基团的拉曼光谱特征峰
通常出现在3200-3600 cm^-1的范围内，具体的频率取决于氢键的
强度和环境。

2. C-H 振动，C-H基团的拉曼光谱特征峰通常出现在2000-
3100 cm^-1的范围内，不同类型的C-H键（如sp^3、sp^2、sp杂
化的碳）会有不同的频率峰值。

3. C=O 伸缩振动，在1500-1800 cm^-1范围内，通常会观察到
C=O双键的拉曼光谱特征峰，其具体位置可以提供关于化合物中酮、醛、酸类官能团的信息。

4. N-H 振动，N-H基团的拉曼光谱特征峰通常出现在3100-
3500 cm^-1的范围内，通常用于鉴定氨基化合物。

5. 结晶振动，某些晶体物质会在拉曼光谱中显示出特征性的结晶振动峰，这些峰的位置和强度可以提供关于晶体结构的信息。

需要注意的是，不同的化合物或样品可能会有不同的拉曼光谱特征峰，而且峰的位置和强度也可能受到实验条件和样品处理方法的影响。

因此，在进行拉曼光谱分析时，需要结合其他实验数据和文献信息，以确保对样品的准确鉴定和分析。

表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介

表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介

表面增强拉曼散射(SERS)光谱简介1.拉曼光谱简介：光与物质分子的碰撞可以分为两类，即弹性碰撞和非弹性碰撞。

光的散射可以看作是光子与物质碰撞后运动方向的改变。

如果发生的是弹性碰撞，即光子仅改变运动方向而在碰撞过程中没有发生能量交换，这种散射为瑞利散射(Rayleigh scattering)；如果发生的是非弹性碰撞，即光子不仅发生了运动方向的改变，而且在碰撞过程中有能量交换，这种散射就是拉曼散射(Raman scattering)。

结合图1我们可以更加清楚地了解光的散射过程。

图1 瑞利散射与拉曼散射的基本原理在激发光的激发下，分子从它的某一振动态(基态或激发态)跃迁到一个激发虚态，在皮秒时间尺度内跃迁回基态，同时伴随着光子的释放。

这时，大部分跃迁回基态时所释放的光子的波长与激发光相同，就是瑞利散射线。

另有少数光子的波长与激发光不同，即拉曼散射线，该散射又可以分为两类(见图1)：Stokes 散射和反Stokes散射。

由于常温下处于振动基态的分子数远多于处于振动激发态的分子数，所以Stokes谱线要比反Stokes线强得多。

拉曼光谱所关心的是拉曼散射光与入射光频率的差值，即拉曼频移。

不同的激发光所产生的拉曼散射光频率也不相同，但是拉曼频移是相同的。

拉曼频移表征的是化合物的振动—转动能级，在这一点上拉曼光谱与红外光谱是十分相似的[1,2]。

拉曼光谱是一项重要的现代光谱技术，它的应用早已超出化学、物理的范畴，渗透到生物学、矿物学、材料学、考古学和工业产品质量控制等各个领域，成为研究分子结构和组态、确定晶体结构的对称性、研究固体中的缺陷和杂质、环境污染物、生物分子和工业材料微观结构的有力工具。

2.表面增强拉曼散射(SERS)简介：表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering)最早是由Fleishmann 等人[3]于1974年发现。

他们在研究电化学电池内银电极上吸附的吡啶分子的拉曼光谱时发现其谱线强度有明显增强，对此他们解释为电极表面粗糙化引起电极表面积的增加。

波谱学课件——拉曼光谱6Raman

波谱学课件——拉曼光谱6Raman

（3）从光的波动性分析拉曼散射的产生
光是电磁波，即它是沿某一方向传播的交变 电磁场。其交变电场可用下式描述：
E=E0cos（2πν′t）
E —在任意t时刻的电场强度； E0—入射光的交变电场强度； ν′为交变电场的频率
样品分子的电子云在交变电场的作用下会诱 导出电偶极矩：
μ=αE
式中 μ—样品分子诱导的偶极矩 E—入射光的交变电场强度 α—分子的极化率（polarizability）
例：
有较大偶极矩 变化的as （-NO2） IR吸收强， Raman谱带弱； 而苯环的骨架 （C=C）极性很 小，出现较强的 Raman谱带和很 弱的IR吸收。
有些谱峰在 两图谱中同时 出现，有些谱 峰只在某一图 谱中出现，两 谱互补，明显 增加了识别和 解释图谱的信 息来源。
Raman光谱适合于研究水溶液体系 水对于红外辐射几乎是完全不透明的，但却是 弱的散射体。这使得拉曼光谱最宜用于研究生 物样品。例：多肽的结构及在水溶液中的构象 测定， Raman光谱可提供重要的信息。
位移是分子振动的特征，是分子振动时极化率发生改 变所致。
（2）从光的粒子性分析Raman散射的产生
光子具有的能量 E=hv h—普朗克常数 v —频率
雷利散射：弹性碰撞，方向改变，能量未变， 散射光的频率也未变； 拉曼散射：非弹性碰撞，方向改变，能量也改 变，光的频率改变；
从分子能级的角度来讨论光子与物质分子的作用
对于结构的变化， Raman有可能比IR更敏感 例如海洛因、吗啡和可待因，三者的主体骨架相 同，仅是环上的取代基有差别。三者的Raman在 600-700cm-1的谱带有明显的不同，1600-1700cm-1 的峰也不同。
FT-Raman光谱也适合做差示光谱 例如要测定片剂中的有效药物成分

一文读懂拉曼光谱

一文读懂拉曼光谱

⼀⽂读懂拉曼光谱“昨天咱们讲了紫外分光光度计，今天就说⼀说拉曼光谱法。

”分⼦振动也可能引起分⼦极化率的变化，产⽣拉曼光谱。

拉曼光谱不是观察光的吸收, ⽽是观察光的⾮弹性散射。

⾮弹性散射光很弱，过去较难观测。

激光拉曼光谱的出现使灵敏度和分辨⼒⼤⼤提⾼，应⽤⽇益⼴泛。

拉曼散射效应的进展1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）⾸次发现曼散射效应，荣获1930年的诺贝尔物理学奖。

1928-1940年，拉曼光谱成为研究分⼦结构的主要⼿段。

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。

什么是拉曼光谱分析法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。

拉曼光谱仪原理当光线照射到分⼦并且和分⼦中的电⼦云及分⼦键结产⽣相互作⽤，就会发⽣拉曼效应。

对于⾃发拉曼效应，光⼦将分⼦从基态激发到⼀个虚拟的能量状态。

当激发态的分⼦放出⼀个光⼦后并返回到⼀个不同于基态的旋转或振动状态。

在基态与新状态间的能量差会使得释放光⼦的频率与激发光线的波长不同。

如果最终振动状态的分⼦⽐初始状态时能量⾼，所激发出来的光⼦频率则较低，以确保系统的总能量守衡。

这⼀个频率的改变被名为Stokes shift。

如果最终振动状态的分⼦⽐初始状态时能量低，所激发出来的光⼦频率则较⾼，这⼀个频率的改变被名为Anti-Stokes shift。

拉曼散射是由于能量透过光⼦和分⼦之间的相互作⽤⽽传递，就是⼀个⾮弹性散射的例⼦。

关于振动的配位，分⼦极化电位的改变或称电⼦云的改变量，是分⼦拉曼效应必定的结果。

极化率的变化量将决定拉曼散射强度。

拉曼光谱

拉曼光谱

拉曼散射拉曼散射（Raman scattering），光通过介质时由于入射光与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。

又称拉曼效应。

1923年A.G.S.斯梅卡尔从理论上预言了频率发生改变的散射。

1928年，印度物理学家C.V.拉曼在气体和液体中观察到散射光频率发生改变的现象。

拉曼散射遵守如下规律：散射光中在每条原始入射谱线(频率为v0)两侧对称地伴有频率为v0±vi(i＝1，2，3，…）的谱线，长波一侧的谱线称红伴线或斯托克斯线，短波一侧的谱线称紫伴线或反斯托克斯线；频率差vi 与入射光频率v0无关，由散射物质的性质决定，每种散射物质都有自己特定的频率差，其中有些与介质的红外吸收频率相一致。

拉曼散射的强度比瑞利散射（可见光的散射）要弱得多。

以经典理论解释拉曼散射时，认为分子以固有频率vi振动，极化率（见电极化率）也以vi为频率作周期性变化，在频率为v0的入射光作用下，v0与vi两种频率的耦合产生了v0、v0+vi和v0-vi3种频率。

频率为v0的光即瑞利散射光，后两种频率对应拉曼散射谱线。

拉曼散射的完善解释需用量子力学理论，不仅可解释散射光的频率差，还可解决强度和偏振等一类问题。

拉曼散射为研究晶体或分子的结构提供了重要手段，在光谱学中形成了拉曼光谱学的一分支。

用拉曼散射的方法可迅速定出分子振动的固有频率，并可决定分子的对称性、分子内部的作用力等。

自激光问世以后，关于激光的拉曼散射的研究得到了迅速发展，强激光引起的非线性效应导致了新的拉曼散射现象[1]。

拉曼散射共分为两类型：1、共振拉曼散射（resonance Raman scattering）：当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物的电子吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合，使某些拉曼谱线的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉曼散射。

共振拉曼光谱是激发拉曼光谱中较活跃的一个领域，原因在于：（1）拉曼谱线强度显著增加，提高了检测的灵敏度，适合于稀溶液的研究，这对于浓度小的自由基和生物材料的考察特别有用；（2）可用于研究生物大分子中的某一部分，因为共振拉曼增强了那些拉曼谱线是属于产生电子吸收的集团，其他部分可能因为激光的吸收而被减弱；（3）从共振拉曼的退偏振度的测量中，可以得到正常拉曼光谱中得不到的分子对称性的信息。

普通拉曼光谱

普通拉曼光谱
入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生一定的影响。
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拉曼光谱技术的优缺点及发展前景
影响拉曼光谱前景的因素：
1.市场动态—市场呈强势增长状态，成为科研机构的新“宠儿”。 最新研究报告表明，2014年，拉曼光谱市场价值超过1.3亿美元，显示出 高潜力的增长态势，2020年全球实验室和手持拉曼仪器的市场将达5.24亿 美元。 2.产品研发—机构、企业共同发力，创新成为拉曼光谱仪发展的第一动力。 为了打破进口仪器垄断国内市场的局面，国内科研机构加快研发脚步，以 创新的力量推动国产仪器发展。如屹谱仪器制造（上海）有限公司自主研 发制造出国内首款手持式拉曼光谱仪。 3.政府的相关政策—建立仪器行业规范，推动拉曼光谱仪器又好又快发展。 国家加大对仪器设备正规化的重视程度，国产仪器标准将走向正轨，同时 有效推动国产拉曼光谱仪稳步发展。
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拉曼光谱仪工作原理
简而言之，不同的物质具有不同的特征光谱。这是拉曼光 谱可以作为分子结构定性分析的依据。 所以，当激光照射到不同样品后产生的散射光通过瑞利滤 光片进入到探测器中会产生不同的光谱。根据此实验原理， 可以定性分析该样品的成份。
6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
普通拉曼光谱的应用
拉曼光谱的分析方向有： 定性分析：不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进 行定性分析。
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拉曼光谱仪工作原理原理谱仪工作原理
• 当激光通过显微镜照射到样品上后， 样品分子使入射光发生散射。大部分 光只是改变传播方向而频率不变，产 生瑞利散射；极少数光不仅改变了传 播方向也改变了频率，产生拉曼散射。
• 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，因此有特定的能级变化， 所以与之对应的拉曼位移也是特征的。

拉曼光谱的特点

拉曼光谱的特点

拉曼光谱是一种散射光谱，它的特点包括：
1.拉曼光谱的横坐标是拉曼位移，通常用波数表示，纵坐标是光强
度。

拉曼位移是散射光与入射光频率的差值，与分子振动或转动能级相关。

2.拉曼光谱对分子结构非常敏感，可以提供关于分子振动、转动和
化学键的信息。

不同分子的拉曼光谱具有独特的特征，可以用于分子的识别和鉴定。

3.拉曼光谱可以提供分子的对称性、分子内键的长度和强度等信息，
这些信息对于研究分子的结构和性质非常重要。

4.拉曼光谱通常是在可见光或近红外光区域测量的，可以避免样品
的荧光干扰，因此适用于对荧光样品的研究。

5.拉曼光谱是一种非破坏性的分析技术，不需要对样品进行预处理，
可以对固体、液体和气体等各种形态的样品进行分析。

总之，拉曼光谱是一种非常有用的分析技术，它具有高灵敏度、高分辨率、非破坏性、快速等优点，在材料科学、化学、生物学、环境科学等领域有广泛的应用。

正戊烷的拉曼光谱

正戊烷的拉曼光谱
正戊烷的拉曼光谱可以用于分析和鉴定该化合物的结构和组成，以及研究其分子振动和相 互作用等性质。
正戊烷的拉曼光谱
2. C-C伸缩振动：在约1000-1500 cm-1的范围内，由于C-C键的伸缩振动引起的拉曼散 射，可以观察到一系列峰。
3. C-H弯曲振动：在约1300-1450 cm-1的范围内，由于C-H键的弯曲振动引起的拉曼散 射，可以观察在约600-1000 cm-1的范围内，由于C-C-C键角的弯曲振动引起的 拉曼散射，可以观察到一系列峰。
正戊烷的拉曼光谱
正戊烷的拉曼光谱是指通过激光激发正戊烷分子后，所观察到的拉曼散射光谱。拉曼散射 是指当光线通过物质时，一部分光子与物质中的分子相互作用，改变能量和频率后重新散射 出去的现象。
正戊烷的拉曼光谱通常显示出以下特征峰：
1. C-H伸缩振动：在约2850-3000 cm-1的范围内，由于C-H键的伸缩振动引起的拉曼散 射，可以观察到一系列峰。
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拉曼散射光谱的特征
拉曼散射光谱是一种分析物质内部结构和组成的无损分析方法。

拉曼散射光谱主要是利用物质分子振动产生的散射光谱来分析物质。

与其他光谱方法相比，拉曼散射光谱具有许多优点，包括不需要样品预处理，不受样品形态和温度影响等。

本文将对拉曼散射光谱的特征进行介绍。

基本原理
当激发光照射到物质上时，物质分子振动会产生拉曼散射信号。

在激发光作用下，物质分子吸收，散射或发射出光，这种光和光谱仪的入射光会在检测器上形成干涉，产生拉曼散射光谱。

其中，拉曼散射光谱中，散射光中与入射光频率不同的部分称为拉曼散射光。

拉曼散射光谱的特征
峰位
拉曼光谱在光谱上呈现出一系列散射线和吸收线，这些线的位置会因物质分子的振动而产生位移。

拉曼散射光谱峰位的特征具有很高的迹象，是物质分子内部结构和化学键特性的指纹，可以用于物质的分辨和鉴定。

峰型
拉曼光谱中峰形的特征可以表现物质分子状态信息，如分子的二聚状态、分子中的氢键和惰性基团等物质组成信息。

例如，在拉曼光谱的峰形和角度上，可区分液态和固态之间的物理状态。

强度
拉曼信号强度的特征由物质分子的振动模式、入射光强度和入射光波长决定。

通过拉曼散射光谱中的强度可以确定物质分子的浓度和经历过化学反应或物理过程的程度。

应用领域
拉曼散射光谱广泛应用于材料科学、生物医学、化学和环境科学等领域。

在材料科学领域中，拉曼散射光谱可以用于确定结构、晶格及非晶体质、光学物理量等信息。

从而确定材料的物理、化学和机械性质。

在生物医学领域中，拉曼散射光谱被用于诊断和治疗疾病。

可以确定生物分子的结构、组成和定量分析，如细胞蛋白质检测、肿瘤检测。

在化学领域中，拉曼散射光谱被用于研究和表征多种化学反应物、催化剂、催化反应机理等。

在环境科学领域中，拉曼散射光谱可对环境中的污染物、重金属和有机物进行鉴定和监测。

总结
拉曼散射光谱是一种有效的无损分析方法，具有许多优点，包括不需要样品预处理，不受样品形态和温度影响等。

拉曼光谱特征具有很高的迹象，包括峰位、峰形和强度，可以用于物质的分辨和鉴定。

目前，拉曼散射光谱已广泛应用于材料科学、生物医学、化学和环境科学等领域，并在这些领域发挥着重要的作用。

即将来随着技术的提高，拉曼散射光谱将在更广泛的领域中得到广泛应用。