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1第六章拉曼光谱2第一节：引言第二节：拉曼光谱的基本原理 2.1 光散射2.2 拉曼光谱的经典解释 2.3 拉曼光谱的选择定则3第三节：拉曼光谱仪简介第四节：拉曼光谱的应用4.1 在有机化学中的应用 4.2 在无机与材料化学中的应用 4.3 在分析化学中的应用 4.4 在高分子材料中的应用 4.5 在生物学中的应用 4.6 在物理学中的应用 4.7 在催化研究中的应用4第一节引言什么是拉曼散射？假定有一束频率为ν0的单色入射光照射到样品上，除了吸收和透射外，有一部分光将受到样品的散射。
对散射光的频率进行分析，发现部分散射光的频率仍为ν0，而其余散射光的频率分布在ν0两侧，即ν0 ±∆ν, 这种频率发生改变的散射，叫做拉曼散射(Raman Scattering)。
5CCl4的拉曼谱图6拉曼光谱是以印度科学家V. Raman 的名字命名的，因为他和另一个科学家K. S.Krishnan 于1928年最先发现这一散射现象的。
在拉曼散射中，频率的改变是光子与物质相互作用时发生了能量的转移引起的，频率变化的大小以及观察到的拉曼光谱的形式等与散射样品的结构、能级有关，当然用于测定散射的仪器也有一定的影响。
7拉曼光谱的用途：主要用于分子内部转动和振动跃迁的研究。
拉曼散射频率的变化值±∆ν与分子内部的转动和振动能级密切相关。
分子转动能级和几乎所有振动能级的拉曼波数都在0～3500 cm -1之间，当采用400～600 nm 范围任一波长的光作为辐射源，拉曼光谱都处于可见光区域。
用拉曼光谱研究分子的转动和振动，只需一种色散系统和一种探测器。
8在红外光谱中，有些振动模是红外非活性的，如CO 2的对称振动模，这些振动频率可以用拉曼光谱测得，拉曼光谱和红外光谱具有互补性，它们是研究振动和转动的最有效方法，两者缺一不可。
9拉曼光谱的特点：波长位移在中红外区。
有红外及拉曼活性的分子,其红外光谱和拉曼光谱近似。
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。
拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱是将激发的样品通过分析散射光的频率而得到的一种光谱技术。
它是基于拉曼散射效应，即光与物质相互作用后，光的频率发生变化而产生散射光谱。
拉曼光谱的原理及应用如下。
原理：拉曼散射是指当物质被激发后，光通过与物质分子或晶体相互作用而发生频率改变的现象。
当光与物质相互作用后，其中一部分光的频率会发生变化，其频率的差值与物质分子或晶体的振动和转动能级有关。
这种频率发生变化的光被称为拉曼光，而拉曼光谱则是分析和记录这种光的技术和结果。
应用：1.化学分析：拉曼光谱可以用于分析化学物质的成分、结构和浓度。
不同化学物质的分子结构和振动能级不同，因此它们与光相互作用后会产生不同的拉曼光谱。
通过对比样品的拉曼光谱与数据库中已知物质的拉曼光谱，可以确定样品的成分和结构。
2.材料科学：拉曼光谱在材料科学中有广泛的应用。
例如，可以通过拉曼光谱来分析材料中的应变、晶格缺陷、晶体结构及化学组成等。
由于拉曼光谱对物质的表面敏感性较强，因此它在研究纳米材料和杂质掺杂材料的结构和性质方面特别有用。
3.生物医学：拉曼光谱在生物医学领域有多种应用。
例如，可以使用拉曼光谱来识别肿瘤组织与正常组织的差异，从而在肿瘤诊断和治疗中发挥重要作用。
此外，拉曼光谱还可以用于分析生物分子的结构变化和相互作用，以及研究细胞功能和代谢过程。
4.环境分析：拉曼光谱可以用于环境样品的分析和监测，例如水质、大气污染物、土壤和废物中的化学物质。
通过拉曼光谱技术，可以对这些环境样品中的有机和无机成分进行定性和定量分析，从而提供可靠的环境数据。
5.药品质量检测：拉曼光谱可用于对药物的质量进行快速和准确的检测。
通过对药物样品的拉曼光谱进行分析，可以确定药物的成分、结构和纯度，以保证药物的质量和疗效。
总结：拉曼光谱技术以其非破坏性、快速、准确的特点在各个领域得到广泛应用。
基于拉曼散射现象，拉曼光谱能够提供关于样品成分、结构和相互作用的信息。
它已成为化学、材料科学、生物医学、环境分析和药品质量检测等领域中不可或缺的分析工具，为科研和工业应用提供了重要支持。
拉曼光谱归一化
拉曼光谱的归一化处理是对原始光谱数据进行预处理的一种方法，目的是消除光谱仪器的误差、光强波动等因素对测量结果的影响，提高光谱数据的可比性和可靠性。
以下是一些关于拉曼光谱归一化的方法：
1.谱线归一化：将拉曼光谱的每一个波长对应的峰强度进行归一化处理，即将每个峰的最大强度归一化为1，从而使不同实验条件下获得的拉曼光谱具有可比性。
2.谱带归一化：将拉曼光谱的每一个谱带对应的峰强度进行归一化处理，即将每个谱带的总强度归一化为1，以便更好地比较不同实验条件下同一物质的不同拉曼光谱。
3.全光谱归一化：将整个拉曼光谱的强度进行归一化处理，即将整个光谱的总强度归一化为1，以便比较不同实验条件下不同物质的拉曼光谱。
总之，对拉曼光谱进行归一化处理是一种非常重要的预处理步骤，可以提高测量结果的准确性和可靠性，有助于更好地理解和分析物质的结构和性质。
拉曼光谱和荧光光谱的区别拉曼光谱和荧光光谱是分析物质结构和特性的重要手段，在光谱学领域具有广泛的应用。
尽管两者都属于光谱技术，但它们在原理和应用方面存在一些显著的区别。
以下是拉曼光谱和荧光光谱的区别：一、原理1. 拉曼光谱：拉曼光谱是指当物质受到激发光源照射时，分子通过与光子相互作用而发生的散射现象。
在拉曼散射中，被测物质中的分子在与入射光相互作用后，其散射光的频率会发生微弱的变化。
这种频率变化被称为拉曼位移，可以提供关于物质的结构和化学成分的信息。
2. 荧光光谱：荧光光谱是指物质受到激发光照射后，在激发能级上的电子跃迁到低能级并发射光子的过程。
荧光光谱的特点是物质吸收能量后会发射出具有较长波长的光。
物质的荧光光谱可以提供关于物质的结构、浓度和环境等信息。
二、激发方式1. 拉曼光谱：拉曼光谱的激发方式通常采用单色激光束进行。
入射的单色光可以通过光栅或干涉仪进行分光，以获得更高的分辨率和更准确的谱线信息。
2. 荧光光谱：荧光光谱的激发方式通常是使用紫外线或可见光照射样品。
被激发的样品会吸收能量并发射出具有较长波长的荧光光。
三、检测方法1. 拉曼光谱：拉曼光谱通常采用光散射的方式进行检测。
被测样品散射的光经过分光装置后，由光谱仪进行检测和记录。
2. 荧光光谱：荧光光谱的检测通常采用荧光光谱仪进行。
荧光光谱仪具有一个激发源、一个样品舱和一个探测器，用于检测样品发射的荧光光。
四、应用领域1. 拉曼光谱：拉曼光谱广泛应用于材料科学、生物化学、环境监测等领域。
它可以用于分析化学物质、溶液中的有机化合物、无机物等，以及表面增强拉曼光谱和显微拉曼光谱等高级技术。
2. 荧光光谱：荧光光谱在生物医学、光电子学、环境监测等领域得到广泛应用。
例如，荧光光谱可以用于分析药物、检测环境中的有毒物质、研究生物分子的相互作用等。
综上所述，拉曼光谱和荧光光谱在原理、激发方式、检测方法和应用领域上都存在一定的差异。
这些光谱技术在不同领域的研究和应用中发挥着重要的作用，为我们深入了解物质的结构和性质提供了有力的工具。
