浅谈拉曼光谱检测
浅谈拉曼光谱检测一、拉曼光谱简介
拉曼技术在一个世纪里发展成为一门较成熟的科学，取决于它产生的机制和光谱表征的特性。
拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度
光谱中发现了当光与分子相互作科学家C.V.拉曼（Raman）于1928年首先在CCL
4
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。
拉曼光谱是由物质分子对光源的散射产生的，与分子的振动与转动能级的变化有关，来源于分子极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发生变化。因此，拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。
拉曼光谱是由物质分子对光源的散射产生的，与分子的振动与转动能级的变化有关，来源于分子极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发生变化。因此，拉曼光谱
常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。
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，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、拉曼光谱的原理及其特点
（1）拉曼光谱的原理
拉曼效应的振动能级图
拉曼散射是光照射到物质上发生的非弹性散射所产生的。当一束光照射到物质上时，光子和物质发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光波长与激光波长相同。在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或者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。非弹性散射的散射光称为拉曼效应。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射。
拉曼效应起源于分子振动（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（点阵振动能及）与转动能级结构的信息。用虚的上能级概念可以说明拉曼效应，如上图。假设散射物分子原来处于基电子态，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，表述为调子跃迁到
基态，虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。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（在弹性碰撞过程中，光子与分子间没有能量交换，光子只改变运动方向而不改变频率，这种散射过程称为瑞利散射），后者称为拉曼谱线。在拉曼谱线中，频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线。在普通的拉曼光谱仪中，测得的谱线都是散射光中的斯托克斯线。
由上述原理可知，拉曼谱线与激发光谱线的频移量是由光子和电子的非弹性碰撞决定的，拉曼光谱多从极性分子中获取，是分析分子结构的一种手段。下图列出了拉曼信号所代表的分子或晶体结构信息。
拉曼光谱图与物质特征之间的关系
需要说明的是，拉曼光谱和红外光谱法虽然都可以探测分子的组分信息，但两者的机制却截然不同。拉曼光谱表征的是分子极化率的变化，对对称分子有效；红外光谱表征的是分子偶极矩的变化，对非对称你分子有效。两者在表征物质特征上市相辅相成的。
（2）拉曼光谱具有以下很明显的特征：
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、拉曼光谱技术的进展
由于拉曼光谱具有信息丰富、样品用量少、分析效率高和不破坏样品等显著的特点，越来越受到广泛的关注，并且已经成为化学分析、食品检测、临床医学、材料研究、考古学等众多领域重要的研究手段。因此，人们一直致力于改善拉曼光谱仪的性能，不断研究开发新的拉曼光谱技术，以满足不同行业不同领域应用的需求。
近年来，人们对拉曼光谱技术的研究相当活跃，使拉曼光谱得到了更广泛的应用。激光技术的发展，使得拉曼光谱技术逐渐趋向成熟，并在生命科学领域研究中发挥了重要的作用。同时，纳米科技的迅猛发展，使得基于纳米结构的表面增强拉曼光谱（SERS）和针尖增强拉曼光谱（TERS）在超高灵敏度检测方面取得了巨大的进步，现在，拉曼光谱已达到单分子检测水平，可以为研究各类重要的生命科学体系做出巨大的贡献。田中群和王中林等人建立了“壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱”新技术，他们将壳层隔绝纳米粒子铺撒在金属或其他材料表面，增强了各种材料表面的拉曼效应，并避免了它们相互之间及对于探测金属的干扰。他们用这个方法检测了包括活细胞壁的组分或橘子皮的残留农药，结果证明这种新技术可以检测各类物质的表层化学组分和应用于任何形貌的基底，将表面拉曼光谱提升为更为通用和实用的方法。
四、在材料学中的应用
拉曼光谱目前应用在半导体材料、聚合体、碳材料、地质学/矿物学/宝石鉴定、生命科学、医药、化学、环境、物理、考古、薄膜以及法庭科学中违禁药品检查、区分各种颜料、色素、油漆、纤维等；另外在爆炸物的研究、墨迹研究、子弹残留物和地质碎片研究中也有一定的应用。
现在主要提及拉曼光谱在材料学中的应用。
拉曼光谱法是一种研究物质结构的重要方法，在化学和材料的研究方面，主要是分子定量、定性结构分析，以及物质的物理化学性质测定上。已有的应用包括：化合物的结构和某些官能团的确定、聚合物和有机化合物的测试、电化学研究和腐蚀研究、化学反应中催化剂作用的研究、对半导体芯片上微小复杂结构的应力及污染或缺陷的鉴定、金刚石镀膜和复合材料的测试、超导体测试、晶体的振动和结构、碳纳米管的生长和不同条件下特性的变化等等。在催化领域中，分子筛被用于裂解、异构化、聚合等很多重要的工业催化中。是一种工业中十分重要的催化材料。过去的很多年里，大量不同结构的分子筛被合成出来，但是人们并不很清楚它的合成机理。李灿等人设计了原位紫外拉曼光谱，并以此深入研究了磷酸铝分子筛的晶化过程，检测了模板剂和分子筛的结构信息，发现了磷酸铝分子筛形成初期模板剂的振动与孔道结构形成之间的关联，检测到含有四元环的无定形孔道中间物，并观察到了四元环向六元环转换的过程，直接用实验验证了磷酸铝分子筛合的成机理。
杨潇等在显微拉曼系统中测定了Al—Si共晶体和SiC纤维增强玻璃复合材料、ZrO2－Al2O3层状复合材料的空间分布及其残余应变，并得出复合材料组分中Al2O3的荧光Ｒ１峰、Si晶体和SiC纤维拉曼峰的位置（波数）随应变的偏移与应变值都有近似的线性关系。周凤羽等用拉曼光谱测量了升温条件下（298～1473K）钨铅矿型钨酸铅（PbWo4）晶体及其熔体，确定了各振动模的归属。
五、以碳纳米管为例
（1）碳纳米管概况
碳纳米管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。SWNT的直径一般为1－6nm，最小直径大约为0.5 nm，直径大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。MWNT的层间距约为0.34纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。碳纳米管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率所以其中也有一小部分碳属sp3杂化。
上图表明碳纳米管具有‘奇妙的碳纳米管“太空电梯”的绳索’及好的可弯折性密度小，硬度强，是钢的100倍。
碳纳米管有以下性质：
A.碳纳米管的性质强烈依赖于直径和手性，直径越小，电子的状态与sp2差别越大，表现的量子效应越明显。
B.美国
C.T.White教授计算得出[n-m]=3q（q为整数), 碳管为金属性。其他情况表现半导体性，并且禁带宽度正比于碳管直径的倒数。
C.单臂纳米管为金属性，锯齿形、手性碳管部分为金属，部分为半导体性。
D.随着半导体纳米管直径增加，带隙变小，在大直径情况下，带隙为零，呈现金属性质。
（2）制备染料敏化太阳能电池后碳纳米管（BNT）薄膜与未制备电池之前的CNT 薄膜拉曼光谱分析
在以碳纳米管透明导电薄膜为基底制备的柔性染料敏化太阳能电池，其开路电压和短路电流值较已报道的柔性染料敏化太阳能电池的各性能指标具有一定的差异，究其原因，可能在光生电流产生的过程中，由于电荷的作用导致二氧化钛与导电基底上的碳纳米管发生作用而使导电基底材料的导电性能下降，故此，本文将封装后的电池拆开，将工作电极表面的二氧化钛处理掉（没有损坏碳纳米管薄膜的前提），得到进行多次反复测试之后的碳纳米管工作电极，将其与初始碳纳米管透明导电薄膜进行拉曼测试，分析其碳管的峰值的变化情况，以探索二氧化钛颗粒与碳管的作用是否致使碳管的导电特性发生变化。碳管制备成电池前后的拉曼光谱如下图所示。
图为CNT薄膜拉曼光谱图：图（a）为初始CNT薄膜；图（b）为组装染料敏化太阳能
电池之后CNT膜阳极
上图为在激光波长为633nm,使用拉曼光谱仪（LabRAM HR，HoriBa,JoBin Yvon）获得的拉曼光谱图，（a）为初始碳纳米管透明导电薄膜的拉曼光谱图，（b）为制成电池后碳纳米管透明导电薄膜阳极拉曼光谱图。图（a）中有两个高峰，前一个代表无定形碳sp3杂化的贡献，后一个代表规整石墨结构sp2的贡献，若碳管发生腐蚀的话，前一个峰会显著增加，后一个峰会显著减少，而在图（b）中，也有两个明显并且位置完全相同的峰值，说明在利用CNT薄膜制备染料敏化太阳能电池之后，CNT薄膜表面的碳管并没有被破坏掉，也就是说，利用碳纳米管透明导电薄膜制备染料敏化太阳能电池是可行的，并没有在碳管和吸附染料的二氧化钛之间发生破坏碳管的反应，即使在制成电池之后，滴入电解液再多次长时间光照下，碳管的导电性能依然没有改变。而整个拉曼光谱来看，基底PET 的吸收较强，导致在1380nm出，碳管的吸收峰被淹没。（a）（b）中都有此现象，所以也不能说明染料、二氧化钛、电解液的作用破坏了碳纳米管的性能。
以碳纳米管透明导电薄膜为基底制备柔性染料敏化太阳能电池，由于染料与二氧化钛的相互作用产生光电流的过程并没有破坏碳管，而使用万用表测量制成电池并拆下来的工作电极的两端有明显的电阻，说明，碳管的导电性能依然存在。
六、结语
拉曼光谱分析因其灵敏度高、快速、无损伤及分析效率高的特点而越来越受到关注。它将在食品安全检测、医药、材料、环境保护、考古、宝石鉴定等各个领域越来越受到重视。拉曼技术的应用前景将会越来越广阔。
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。
2004年英国曼彻斯特大学的A.K.Geim领导的小组首次通过机械玻璃的方法成功制备了新型的二维碳材料-石墨烯（graphene）。自发现以来，石墨烯在科学界激起了巨大的波澜，它在各学科方面的优异性能，使其成为近年来化学、材料科学、凝聚态物理以及电子等领域的一颗新星。 就石墨烯的研究来说，确定其层数以及量化无序性是至关重要的。激光显微拉曼光谱恰好就是表征上述两种性能的标准理想分析工具。通过测量石墨烯的拉曼光谱我们可以判断石墨烯的层数、堆垛方式、缺陷多少、边缘结构、张力和掺杂状态等结构和性质特征。此外，在理解石墨烯的电子声子行为中，拉曼光谱也发挥了巨大作用。 石墨烯的典型拉曼光谱图 石墨烯的拉曼光谱由若干峰组成，主要为G峰，D峰以及G’峰。G峰是石墨烯的主要特征峰，是由sp2碳原子的面内振动引起的，ｗｗｗ．ｇｌｔ９１０．ｃｏｍ它出现在1580cm-1附近，该峰能有效反映石墨烯的层数，但极易受应力影响。D峰通常被认为是石墨烯的无序振动峰，该峰出现的具体位置与激光波长有关，它是由于晶格振动离开布里渊区中心引起的，用于表征石墨烯样品中的结构缺陷或边缘。G’峰，也被称为2D峰，是双声子共振二阶拉曼峰，用于表征石墨烯样品中碳原子的层间堆垛方式，它的出峰频率也受激光波长影响。举例来说，图1[1]为514.5nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图。其对应的特征峰分别位于1582cm-1附近的G峰和位于2700cm-1左右的G’峰，如果石墨烯的边缘较多或者含有缺陷，还会出现位于1350cm-1左右的D峰，以及位于1620cm-1附近的D’峰。
图1 514nm激光激发下单层石墨烯的典型拉曼光谱图[1] 当然对于sp2碳材料，除了典型的拉曼G峰，D峰以及G’峰，还有一些其它的二阶拉曼散射峰，大量的研究表明石墨烯含有一些二阶的和频与倍频拉曼峰，这些拉曼信号由于其强度较弱而常常被忽略。如果对这些弱信号的拉曼光谱进行分析，也可以很好地对石墨烯中的电子-电子、电子-声子相互作用及其拉曼散射过程进行系统的研究。 石墨烯拉曼光谱与层数的关系 多层和单层石墨烯的电子色散不同，导致了拉曼光谱的明显差异。图2 [1,2]为532nm激光激发下，SiO2（300nm）/Si基底上1~4层石墨烯的典型拉曼光谱图，由图可以看出，单层石墨烯的G’峰尖锐而对称，并具有完美的单洛伦兹（Lorentzien）峰型。此外，单层石墨烯的G’峰强度大于G峰，且随着层数的增加，G’峰的半峰宽（FWHM：full width at half maximum）逐渐增大且向高波数位移（蓝移）。双层石墨烯的G’峰可以劈裂成四个洛伦兹峰，其中半峰宽约为24cm-1。这是由于双层石墨烯的电子能带结构发生分裂，导带和价带均由两支抛物线组成，因此存在着四种可能的双共振散射过程（即G’峰可以拟合成四个洛伦兹峰）。同样地，三层石墨烯的G’峰可以用六个洛伦兹峰来拟合。此外，不同层数的石墨烯的拉曼光谱除了G’峰的不同，G峰的强度也会随着层数的增加而近似线性增加（10层以内，如图3[3]所示），这是由于在多层石墨烯中会有更多的碳原子被检测到。综上所述，1~4层石墨烯的G峰强度有所不同，
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。
拉曼光谱实验报告 拉曼光谱（Raman spectra）以印度科学家C.V.拉曼（Raman）命名，是一种分子结构检测手段。拉曼光谱是散射光谱，通过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。以横坐标表示拉曼频移，纵坐标表示拉曼光强，与红外光谱互补，可用来分析分子间键能的相关信息。 图1：印度科学家拉曼 一、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。 拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射。 弹性碰撞：光子和分子之间没有能量交换，仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞利散射。
非弹性碰撞：光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，即改变了光子的运动方向，也改变了能量。使散射频率和入射频率有所不同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。 图2：拉曼散射示意图 物质与光的相对作用分为三种：反射，散射和透射。根据这三种情况，衍生出相对应的光谱检测方法：发射光谱（原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等），吸收光谱（紫外－可见光法（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）等），联合散射光谱（拉曼散射光谱（Raman））。拉曼光谱应运而生。
表1：光谱种类区分表 拉曼频移（Raman shift）：拉曼光谱的横坐标称作拉曼频移。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的频率之差值称拉曼频移（Raman shift）：Δν=| ν0 –νs |, 即散射光频率与激发光频之差。Δv取决于分子振动能级的改变，所以他是特征的，并且拉曼光谱与入射光波长无关，适应于分子结构的分析。 二、拉曼发展历史 1922年，斯梅卡尔预言新的谱线频率与方向都发生改变。 1928年，拉曼在气体与液体中观测到一种特殊光谱的散射，也因此获1930年诺贝尔物理奖。 同年，曼迭利斯塔姆、兰兹贝尔格在石英中观测到拉曼散射。 1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱，当时测试对样品测试的各项要求较为苛刻，拉曼光谱的应用一度衰落。 1960年以后，激光技术发展，激光成为拉曼光谱的理想光源，随着不断改进，拉曼光谱广泛应用，越来越受研究者的重视。 三、拉曼测试
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
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
拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射叫做瑞利散射，由英国科学家瑞利于1899年进行了研究。但当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，经过滤光的阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。因这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔奖。 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。如在化学方面应用于有机和无机分析化学、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、固体能谱方面也有广泛的应用。 实验目的：1、掌握拉曼光谱仪的原理和使用方法； 2、测四氯化碳的拉曼光谱，计算拉曼频移。 实验重点：拉曼现象的产生原理及拉曼频移的计算 实验难点：光路的调节 实验原理：[仪器结构及原理] 1、仪器的结构 LRS-II激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构如图12-4-1所示。 2、单色仪 单色仪的光学结构如图12-4-2所示。S1为入射狭缝，M1为准直镜，G为平面衍射光栅，衍射光束经成像物镜M2汇聚，经平面镜M3反射直接照射到出射狭缝S2上，在S2外侧有一光电倍增管PMT，当光谱仪的光栅转动时，光谱信号通过光电倍增管转换成相应的电脉冲，并由光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。 3、激光器 本实验采用50mW半导体激光器，该激光器输出的激光为偏振光。其操作步骤参照半导体激光器
激光拉曼光谱仪实验报告记录
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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
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
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
浅谈拉曼光谱检测
浅谈拉曼光谱检测一、拉曼光谱简介 拉曼技术在一个世纪里发展成为一门较成熟的科学，取决于它产生的机制和光谱表征的特性。 拉曼光谱（Raman spectra），是一种散射光谱。拉曼光谱分析法是基于印度 光谱中发现了当光与分子相互作科学家C.V.拉曼（Raman）于1928年首先在CCL 4 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。 拉曼光谱是由物质分子对光源的散射产生的，与分子的振动与转动能级的变化有关，来源于分子极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发生变化。因此，拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。 拉曼光谱是由物质分子对光源的散射产生的，与分子的振动与转动能级的变化有关，来源于分子极化度的变化，是由有对称电荷分布的键的对称振动引起的。如-C=C-、-N=N-及-S-S-等，这些键振动时偶极矩不发生变化。因此，拉曼光谱 常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。
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，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、拉曼光谱的原理及其特点 （1）拉曼光谱的原理 拉曼效应的振动能级图 拉曼散射是光照射到物质上发生的非弹性散射所产生的。当一束光照射到物质上时，光子和物质发生弹性散射和非弹性散射，弹性散射的散射光波长与激光波长相同。在非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或者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。非弹性散射的散射光称为拉曼效应。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射。 拉曼效应起源于分子振动（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（点阵振动能及）与转动能级结构的信息。用虚的上能级概念可以说明拉曼效应，如上图。假设散射物分子原来处于基电子态，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，表述为调子跃迁到
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）;
拉曼光谱仪器测试原理与仪器使用指南 基于印度科学家 C.V.拉曼（Raman）发现拉曼散射效应：不同的入射光频率的散射光谱进行分析所得到的分子振动、转动的信息，并应用于分子结构分析研究的一种分析方法，称为拉曼光谱（Raman spectra）。其中，拉曼光谱是一种散射光谱。 1激光拉曼光谱基本原理 激光入射到样品，产生散射光：散射光为弹性散射，频率不发生改变为瑞丽(Rayleigh)散射；散射光为非弹性散射，频率发生改变为拉曼(Raman)散射。如图：Rayleigh散射(左)：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；Raman散射（右）：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换。其中，E0基态，E1振动激发态；E0+ hν0 ，E1+ hν0 激发虚态；获得能量后，跃迁到激发虚态。 (图片来自百度) Raman散射：两种跃迁能量差：△E=h(V0 -△V)，产生stokes线；强；基态分子多；△E=h(V0 +△V)，产生反stokes线；弱。Raman位移：Raman散射光与入射光频率差△n。 (图片来自百度)
斯托克斯线(Stokes)：基态分子跃迁到虚能级后不会到原处基态，而落到另一较高能级发射光子，发射的新光子能量hv'显然小于入射光子能量hv，△V 就是拉曼散射光谱的频率位移。反斯托克斯线(anti-Stokes)：发射光子频率高于原入射光子频率。 拉曼位移(Raman shift)：△V 即散射光频率与激发光频之差。拉曼位移△V 只取决于散射分子的结构，而与V0无关，所以拉曼光谱可以作为分子振动能级的指纹光谱。与入射光波长无光，适用于分子结构分析。 2 拉曼光谱仪 散射光相对于入射光频率位移与散射光强度形成的光谱称为拉曼光谱。拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。拉曼光谱仪分为激光Raman光谱仪(laser Raman spectroscopy)和傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)。 1)、激发光源：常用的有Ar离子激光器，Kr离子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG激光器，二极管激光器等。拉曼激发光源波长：325nm(UV)，488nm(蓝绿)，514nm(绿)，633nm(红)，785nm(红)，1064nm(IR)。 2)、样品装置：样品放置方式，包括直接的光学界面，显微镜，光纤维探针和样品。 3)、滤光器：激光波长的散射光（瑞利光）要比拉曼信号强几个数量级，必须在进入检测器前滤除，另外，为防止样品不被外辐射源照射，需要设置适宜的滤波器或者物理屏障。 4)、单色器和迈克尔逊干涉仪：有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。 5)、检测器：传统的采用光电倍增管，目前多采用CCD探测器，FTRaman 常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。 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514.5 nm，488.0nm；散射强度∝1/λ；单色器：光栅，多单色器；检测器：光电倍增管，光子计数器。
拉曼光谱仪的原理及结构 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。作为分子光谱领域最为活跃的仪器类别之一，拉曼光谱仪器的应用也越来越光。下面小编，给您介绍一下拉曼光谱分析仪的原理及结构。 1.激光拉曼光谱原理 当一束频率为v0的单色光照射到样品上后，分子可以使入射光发生散射。大部分光只是改变光的传播方向，从而发生散射，而穿过分子的透射光的频率，仍与入射光的频率相同，这时，称这种散射称为瑞利(Rayleigh)散射；还有一种散射光，它约占总散射光强度的10^-6~10^-10，该散射光不仅传播方向发生了改变，而且该散射光的频率也发生了改变，从而不同于激发光（入射光）的频率，因此称该散射光为拉曼(Raman)散射。在拉曼散射中，散射光频率相对入射光频率减少的，称之为斯托克斯散射，因此相反的情况，频率增加的散射，称为反斯托克斯散射，斯托克斯散射通常要比反斯托克斯散射强得多，拉曼光谱仪通常大多测定的是斯托克斯散射，也统称为拉曼散射。 斯托克斯线(Stokes)：基态分子跃迁到虚能级后不会到原处基态，而落到另一较高能级发射光子，发射的新光子能量hv'显然小于入射光子能量hv，△V就是拉曼散射光谱的频率位移。反斯托克斯线(anti-Stokes)：发射光子频率高于原入射
光子频率。 拉曼位移(Raman shift)：△V即散射光频率与激发光频之差。拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的（电子云发生变化）。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，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。这是拉曼光谱可以作为分子结构定性分析的依据。 2、拉曼光谱仪分类及结构 拉曼光谱仪一般由光源、外光路、色散系统、及信息处理与显示系统五部分组成。 ①激发光源：常用的有Ar离子激光器，Kr离子激光器，He-Ne激光器，Nd-YAG 激光器，二极管激光器等。 ②样品装置：样品放置方式，包括直接的光学界面，显微镜，光纤维探针和样品。 ③滤光器：激光波长的散射光（瑞利光）要比拉曼信号强几个数量级，必须在进入检测器前滤除，另外，为防止样品不被外辐射源照射，需要设置适宜的滤波器或者物理屏障。 ④单色器和迈克尔逊干涉仪：有单光栅、双光栅或三光栅，一般使用平面全息光栅干涉器一般与FTIR上使用的相同，为多层镀硅的CaF2或镀Fe2O3的CaF2分束器。也有用石英分束器及扩展范围的KBr分束器。 ⑤检测器：传统的采用光电倍增管，目前多采用CCD探测器，FTRaman常用的检测器为Ge或InGaAs检测器。 拉曼光谱仪又细分为激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)和傅立叶变换-拉曼光谱仪(FT-Ramanspectroscopy)。其结构组成及特点如下： （1）激光拉曼光谱仪(laser Raman spectroscopy)
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。
拉曼光谱实验报告 1.1样品的准备 检测拉曼光谱时一般不需要制备样品，特别是带有显微镜的激光拉曼光谱仪。在检测时，样品是固体，只需要将样品直接放在测样品台上进行测试。如果是液体样品并且是易挥发的，可先将其倒入一个无色透明的玻璃瓶，盖好瓶盖，然后放在测样品台上进行检测。如果液体样品是不易挥发的，可将其倒入一个小的培养皿中，再放在测样品台上进行检测。 1.2分子骨架、基团的定性分析技术 拉曼光谱研究对称分子的非极性基团或分子骨架振动产生谱带的情况。主要用来鉴别化学物质的种类、特殊的结构特征或特征基团，它与红外吸收光谱互为补充。拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为分子异构体判断的依据。 对于像S-S、C=C、N=N、C=S、C-C、CoC等这类基团，如果分子中这类基团的环境接近对称，他的振动在红外吸收光谱中极为微弱，但可用拉曼光谱检测。另外，拉曼光谱是检测环状化合物的有力工具。利用拉曼光谱的标准谱图或利用拉曼光谱标准谱库的检索功能，对未知物拉曼光谱图进行比对，也是拉曼光谱定性分析的一个重要手段。 1.3表面分子结构分析技术 当分子被吸附在粗糙金属表面时，其拉曼光谱强度会增加104 ~ 106倍，即表面增强拉曼散射效应(SERS)。利用这种技术，我们可以检测
吸附在金属表面的单层和亚单层分子，并给出表面分子的结构信息。高灵敏度拉曼光谱检测技术也可以用来研究分子的吸附动力学，利用SERS强度与时间的关系可以得到吸附速率常数。 当具有共振拉曼效应的分子被吸附在粗糙金属表面时，拉曼信号也能增强100 ~ 1000倍，即表面增强共振拉曼散射(SERRS)。SERRS常用于荧光干扰化合物的拉曼检测。当化合物分子吸附在粗糙金属表面时，其荧光猝灭，容易获得高质量的SERRS光谱。 1.4深度扫描技术 利用拉曼光谱仪的数字显微共焦技术可以检测一些复合材料的深度分布和材料性能。 1.5拉曼光谱仪的映射检测技术 利用拉曼光谱仪的自动操作平台，可以检测样品表面的物质分布。首先对样品表面进行逐点扫描，选择特征拉曼线。最后对图像进行处理。该技术可应用于高分子材料的应力检测和催化剂表面的吸附。制药工业检测药物和辅料在片剂上的分布，确定药物质量，并确定功效。
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
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