拉曼散射光谱法

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
拉曼光谱是一种分析技术，基于拉曼散射现象来研究物质的结构和成分。

拉曼散射是当光线通过物质时，部分光子与物质中分子的振动能级相互作用后发生频率变化而散射的现象。

在拉曼光谱实验中，使用一束单色光照射样品，样品会散射出经过物质的频率改变而产生的拉曼散射光。

拉曼散射光中既包含与入射光具有相同频率的斯托克斯线，也包含频率降低的反斯托克斯线。

这些拉曼光经过光谱仪分离成光谱，然后通过光电倍增管转化成电信号，最后通过信号采集与处理得到拉曼光谱。

拉曼光谱中的拉曼峰对应着样品中不同的化学成分或者结构，可以通过测量峰的位置、强度和宽度等参数来对样品进行分析和确定物质的结构。

拉曼光谱具有非常高的灵敏度和选择性，能够分析无机物、有机物，甚至水、气体等不同形态的物质。

拉曼光谱的应用非常广泛，例如在化学、生物、材料、环境等领域都有重要的应用。

它可以用于材料表征、药物分析、生物分子结构研究、环境污染监测等方面。

同时，由于拉曼光谱无需特殊处理样品，且可实现无损分析，因此在实际应用中具有很大的优势。

综上所述，拉曼光谱是一种基于拉曼散射现象的分析技术，通过测量样品中散射光的频率变化来研究物质的结构和成分。

其原理简单而灵敏，广泛应用于各个领域。

拉曼光谱法的基本原理
拉曼光谱法是一种基于拉曼散射的光谱分析技术，用于研究分子的振动和转动能级。

其基本原理是当光照射到物质上时，会发生散射现象，其中一部分散射光的波长会发生变化，这种现象被称为拉曼散射。

拉曼散射的强度与物质的分子振动和转动能级有关，因此可以通过分析拉曼光谱来确定物质的分子结构和组成。

拉曼光谱通常包括一个或多个拉曼峰，每个峰对应于物质的一个特定的振动或转动模式。

拉曼光谱法的优点包括无需对样品进行预处理、可以在大气环境下进行测量、可以分析固体、液体和气体等各种形态的物质。

它在材料科学、化学、生物学、医学等领域都有广泛的应用，例如分析材料的结构、鉴定未知物质、监测反应过程等。

总的来说，拉曼光谱法是一种非常有用的光谱分析技术，它可以提供关于物质分子结构和组成的重要信息，对于研究和应用具有重要的意义。

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。