拉曼光谱分析

拉曼光谱发展历史，原理及应用

陈广宵 09506002

摘 要：论文综述拉曼光谱的发展历史，原理及应用。以及简介高温拉曼光谱技术。 关键词：拉曼光谱 原理 高温拉曼光谱技术

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ω 0- ω和ω 0+ 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。【1】1960 年以后, 红宝石激

第二节 激光拉曼光谱分析

激光拉曼光谱分析的基本概念

激光拉曼光谱分析是利用物质对入射光产生的拉曼散射来研究分子的振动，从而对物质（分子）进行定性、定量和结构分析的一种分析方法。 光的散射：

丁铎尔散射: 是指光通过含有许多大质点(其颗粒大小的数量级等于光的波长)的介质时产生的散射。乳状液、悬浮液、胶体溶液等引起的散射属于此类。

分子散射: 又可分为瑞利散射和拉曼散射。它们都是由比光的波长小得多的分子或分子聚集体与光作用而产生的。 瑞利散射

当光子与物质中的分子发生完全弹性碰撞时，光子与分子之间没有能量交换，则光子的能量保持不变，散射光的频率与入射光的频率相同，只是光子的运动方向发生改变。这种散射是完全弹性散射，文献上通常称之为瑞利散射。 拉曼散射

当光子与物质中的分子发生非完全弹性碰撞时，光子与分子之间将发生能量交换，光子把一部分能量传给分子，或者从分子那里得到一部分能量，光子的能量就会减少或增加。这样，光子不仅改变了运动方向，其频率也与入射光的频率不同。这种由非完全弹性碰撞产生的非完全弹性散射，称为拉曼散射。拉曼散射光与瑞利散射光的频率差称为拉曼位移。

现代材料物理研究方法 第八讲

拉曼光谱分析吴志国 兰州大学等离子体与金属材料研究所

主要内容

红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman) 紫外-可见光谱分子振动光谱

激光拉曼光谱基础

1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析 ，

尤其是现代材料分析

拉曼光谱的原理拉曼效应：

当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作 用时，大部分光子仅是改变了方向，发生散射，而光的

频率仍与激发光源一致，这种散射称为瑞利散射。

但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向，而且 也改变了光波的频率，这种散射称为拉曼散射。其散射 光的强度约占总散射光强度的10-3。

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。4

拉曼原理hn Rayleigh scattering: I λ-4 hn’ n = n’ n = n’

n = n’ 这种现象称为拉曼散射 激发态

虚能级 准激发态 anti stokes stokes

基态Raman Rayleigh Raman scattering5

拉曼原理

斯托克斯(Stokes)拉

必要

概述

第十章 红外光谱和激光 拉曼光谱分析法Laser Raman spectroscopy

10.5.1 激光拉曼光谱 原理 10.5.2 激光拉曼光谱 仪 10.5.3 激光拉曼光谱 分析法的应用

第五节 激光拉曼 光谱分析法laser Raman spectroscopy analysis

2012-2-21

必要

概述激发虚态

h(ν0 - ν ν ν)

Rayleigh散射： E1 + hν0 ν 弹性碰撞； E0 + hν0 ν 无能量交换，仅 hν0 ν 改变方向； hν0 hν ν hν0 + ν ν ν0 Raman散射： V=1 非弹性碰撞； E1 V=0 方 向 改 变 且 有 能 E0 h ν 量交换； Rayleigh散射 Raman散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + hν0 , E1 + hν0 激发虚态。 (1928年印度物理学家Raman 发现；1930年获诺贝尔奖； 1960年快速发展)。2012-2-21

必要

10.5.1 拉曼光谱原理 散射与Raman位移 一、 Raman散射与 散射与 位移1. Raman散射 散射Raman散射的两种跃迁能 量差： E=h(ν0 - ν) 产生stokes线；

拉曼光谱分析

Ｖ０１．２９

２００８年１０月高等学校化学学报ＣＨＥＭＩＣＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨＩＮＥＳＥＮｏ．１０２０５５～２０５８ＵＮＩＶＥＲＳｍＥＳ

二甲基亚砜防冻机理的拉曼光谱分析

欧阳顺利，周密，曹彪，陆国会，高淑琴，里佐威

（吉林大学物理学院，长春１３００２１）

摘要采用拉曼光谱对不同体积比的二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）水溶液进行测量，并利用Ｏｒｉｇｉｎ７．５对水的光谱带

进行分峰，求得拉曼光谱峰面积比值．应用混合模型对实验结果进行了分析，分析结果表明，防冻剂二甲基

亚砜与水混合时，其Ｓ一０基团与水分子的ＯＨ基团形成氢键（Ｓ—Ｏ…Ｈ－－Ｏ），有效地阻止了四面体结构

冰的生成，并证实了二甲基亚砜与水的体积比为ｌ：ｌ时，防冻效果最佳．

关键词二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）；氢键；拉曼光谱

中图分类号０６４１文献标识码Ａ文章编号０２５１－０７９０（２００８）１０－２０５５－０４

水分子在不同温度、压强下会以气、液和固态３种物态形式存在．在０～１００℃温度区间内水分子以液体状态存在，每个水分子之间通过氢键形成大小不同的缔合水分子．有关水结构的理论模型很多，一般分为连续模型和混合模型两大类．连续模型¨ｑ１是指液体水中的水分子保持完整的氢键，体系中只有这些氢键的能量，

光谱分析论文

零动能光谱技术

物理与电子工程学院 班级：物理一班 姓名：郝宽荣 学号：1102114036

零动能光谱技术

零动能光谱技术：

通过测量零动能态来获得位于连续区中的离子态的高分辨信息，这种光谱技术被称为零动能光谱技术，零动能光谱是研究分子离子态的一种新的高分辨率光谱方法。

零动能光谱技术的开始与发展：

零动能光谱学是研究分子离子态的一种新的高分辨光谱方法，该方法始于上世纪80年代中期，90年代进一步发展为质量分辨的零动能光谱，也称为质量分辨的阈值电离(MATI)光谱。零动能光谱技术是近年来发展起来并还在快速发展的一门新的光谱技术。

零动能光谱技术的应用：

该方法具有非常高的分辨率，与传统的光电子谱相比较提高了近千倍。零动能光谱方法在分子、自由基、过渡态和团簇等领域得到了广泛的应用，为物理、化学、生物等领域提供了大量可靠的数据，已成为研究离子态的一种有效手段。

零动能态存在形式：

零动能态不仅存在于离子基态下，在电势IP之上的各个离子激发态的电离限下面都有零动能态。

荧光光谱分析

一、实验目的

1、了解荧光光谱的基本原理；

2、熟悉荧光光谱仪的基本原理和操作规程； 3、了解荧光光谱的基本分析方法。 二、 荧光光谱原理

分子吸收辐射后,使其价电子处于不稳定的激发态，随后以光的形式辐射出能量、这称为“光致发光”。在二次发光的发射过程中，最常见的两种光致发光是分子荧光(fluorescence)和分子磷光(phosphorescence)。由测量分子荧光和磷光强度而建立起来的定量分析法称为分子荧光分析法和分子磷光分析法。在化学反应过程中，分子吸收反应释放出的化学能产生激发态物质，这种激发态物质发出的光辐射称为化学发光(chemiluminescence)。根据化学发光强度或发光总量来确定物质组分含量的分析方法称为化学发光分析法。化学发光分析、分子荧光分析和磷光分析统称为分子发光分析法。 2.1、荧光及磷光的产生原理

含有孤对电子n和π轨道的分子，吸收光能后产生π?π* 和n?π* 电子跃迁。在通常情况下，基态分子的电子自旋是配对的，净自旋S＝0，光谱项的多重性2S+1＝l，这种状态称为单重态。电子激发态的多重性也是2S+1。若有一个电子激发至高能轨道时，当S=0, 此时分子所处的状态就称为激发单重态；若—个电子

紫外吸收光谱分析

摘要：分子内部的运动可分为价电子运动，分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕其重心的转动。因此分子具有电子（价电子）能级、振动能级和转动能级。分子的能量等于三者能量之和。分子从外界吸收能量之后，就能引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化的特征，即分子只吸收等于两个能级之差的能量。由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要不同波长的电磁辐射使他们跃迁，即在不同的光学区出现吸收谱带。由于电子能级跃迁而产生的吸收光谱主要处于紫外及可见光区域（200-780nm），这种分子光谱称为电子光谱或紫外可见光谱。[1] 关键词：电子能级跃迁 红移 蓝移 溶剂效应

一、形成原理

在有机化合物分子中有形成单键的σ电子、有形成双键的л电子、有未成键的孤对n电子。当分子吸收一定能量的辐射能时，这些电子就会跃迁到较高的能级，此时电子所占的轨道称为反键轨道，而这种电子跃迁同内部的结构有密切的关系。 在紫外吸收光谱中，电子的跃迁有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四种类型，各种跃迁类型所需要的能量依下列次序减小：σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*。 一般来说，未成键孤对电子较易激发，成键电子中π电子较相应

软玉

第21卷 第4期2009年12月

文章编号:1004 5929(2009)04 0345 10

光 散 射 学 报

THEJOURNALOFLIGHTSCATTERING

Vol 21 No 4Dec 2009

不同产地软玉的拉曼光谱分析及在

古玉器无损研究中的应用

赵虹霞,干福熹

1

1,2

(1.中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心,上海201800;2.复旦大学,上海200433)

摘 要:利用拉曼(Raman)光谱技术分别对中国新疆、青海、江苏、辽宁及韩国、俄罗斯、加拿大、新西兰和澳大利亚的软玉样品进行无损分析研究。首先利用拉曼光谱区分了透闪石型和阳起石型软玉,并对软玉双链结构中Na+、K+对Ca2+以及Al3+对Si2+的不同置换程度引起低频区域特征峰的漂移进行分析,同时还研究了表面状态和显微结构对674cm-1附近峰强的影响。最后利用拉曼(Raman)光谱技术结合质子激发X射线荧光(PIXE)和X射线衍射(XRD)对河南安阳殷墟遗址、河南省洛阳地区和浙江良渚遗址出土的9件中国古代玉器进行透闪石型软玉的矿相标定,证明拉曼光谱在中国古玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析手段。

关键词:软玉;拉曼光谱;无损研究;中

软玉

第21卷 第4期2009年12月

文章编号:1004 5929(2009)04 0345 10

光 散 射 学 报

THEJOURNALOFLIGHTSCATTERING

Vol 21 No 4Dec 2009

不同产地软玉的拉曼光谱分析及在

古玉器无损研究中的应用

赵虹霞,干福熹

1

1,2

(1.中国科学院上海光学精密机械研究所科技考古中心,上海201800;2.复旦大学,上海200433)

摘 要:利用拉曼(Raman)光谱技术分别对中国新疆、青海、江苏、辽宁及韩国、俄罗斯、加拿大、新西兰和澳大利亚的软玉样品进行无损分析研究。首先利用拉曼光谱区分了透闪石型和阳起石型软玉,并对软玉双链结构中Na+、K+对Ca2+以及Al3+对Si2+的不同置换程度引起低频区域特征峰的漂移进行分析,同时还研究了表面状态和显微结构对674cm-1附近峰强的影响。最后利用拉曼(Raman)光谱技术结合质子激发X射线荧光(PIXE)和X射线衍射(XRD)对河南安阳殷墟遗址、河南省洛阳地区和浙江良渚遗址出土的9件中国古代玉器进行透闪石型软玉的矿相标定,证明拉曼光谱在中国古玉器结构测试和材质鉴定中是一种很好的无损分析手段。

关键词:软玉;拉曼光谱;无损研究;中