• 最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。（中红外区） • 分子能级与分子光谱
分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似看成是这些运动的 能量之和，即
式中 Et Ee Ev E r
E
＝
总
Eｔ＋
E
e

E
v

E
r
分别代表分子的平动能、电子运动能、振动能和转动能。除Et 外，其余三项都是量子化的，
统称分子内部运动能。分子光谱产生于分子内部运动状态的改变。
分子有不同的电子能级（ S0 ，S1 …），每个电子能级又有不同的振动能级（ V 0 V1 …）
拉曼光谱和拉曼效应
而每个振动能级又有不同的转动能级( J0 , J1 …). • 一定波长的电磁波作用于被研究物质的分子，引起分子相应能级的跃迁，产生分
拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼散射
拉曼散射是分子对光子的一种非弹性散射效应。当用一定频率（ 激 ）的激 发分光子照对射光分子子的时一，种一 弹部性分散散射射。光只的有频分率子（和光 子散 间）的和碰入撞射为光弹的性频碰率撞相，等没。有这能种量散交射换是
时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光 的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散 射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
研究级
• LabRAM ARAMIS(全自动)
仪器的智能全自动性能为质量控制、分析和研究等 应用提供轻松的电脑控制操作。
LabRAM XploRA(智能型)
系统结构紧凑、稳固，所有部件都刚性地固定于 机箱内，最大限度地保证了仪器的稳定性，可方便实 现实验室间搬运，亦可用于移动实验室。
分析级 Miniature Raman Spectrometers
拉曼光谱的主要困难
• 拉曼散射信号弱（比荧光光谱平均小2－3数量级）。
• 激光激发强。
• 拉曼信号频率离激光频率很近。
• 激光瑞利散射比拉曼信号强1010－1014，对拉曼信号干扰很 大。
• 拉曼光谱仪器的设计，必须能排除瑞利散射光，并具有高灵 敏度（体现在弱信号检测的高信噪比 ），才能有效地收集拉 曼谱。
Virtual State 虚能级
Mid IR Stokes Raman 红外 斯托克斯拉曼
Rayleigh Anti-Stokes Raman 瑞利散射 反斯托克斯拉曼
Fluorescence 荧光
Vibrational States 振动能级 i
Ground State基级
光散射 - 瑞利散射
apply innovation
拉曼光谱原理和应用
拉曼光谱和拉曼效应
• 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。
• 定量的信息:测得的分析物拉曼峰强度与分析物浓 度间有线性比例关系。分析物拉曼峰面积与分析物 浓度间的关系曲线是直线。
拉曼光谱的信息
拉曼频率 的确认
parallel perpendicular
拉曼偏振
拉曼峰宽
拉曼峰强度
物质的组成 晶体对称性和取向
晶体质量好坏 物质总量
拉曼光谱的优点和特点
对样品无接触，无损伤； 样品无需制备； 快速分析，鉴别各种材料的特性与结构； 能适合黑色和含水样品； 高、低温及高压条件下测量； 光谱成像快速、简便，分辨率高； 仪器稳固，体积适中， 维护成本低，使用简单。
1、激发光源 2、光学系统 3、分光仪 4、探测器 5、计算机处理系统
拉曼光谱仪结构方框图
控制及数据处理 记录系统
光子计数器 直流放大器
记录系统
样品
样后集光 装置
单 光电倍增管 色 器
激发器
样前准直光学装置 样品装置
拉曼光谱给出的信息
• 定性的信息: 拉曼光谱是物质结构的指纹光谱，拉 曼光谱常包含有许多确定的能分辨的拉曼峰，应用 拉曼管光谱分析可以区分各种各样的试样。定性分 析的一个必须做的工作是根据测得的拉曼谱判定出 可能的材料和混合物，限定这些可能物的数量。
子吸收光谱。引起分子电子能级跃迁的光谱称电子吸收光谱，其波长位于紫外～ 可见光区，故称紫外－可见光谱。电子能级跃迁的同时伴有振动能级和转动能级 的跃迁。 • 引起分子振动能级跃迁的光谱称振动光谱，振动能级跃迁的同时伴有转动能级的 跃迁。红外吸收和拉曼散射光谱是分子的振动－转动光谱。 • 用远红外光波照射分子时，只会引起分子中转动能级的跃迁，得到纯转动光谱。
拉曼光谱的应用领域
1：半导体材料; 2：聚合体； 3：碳材料； 4：地质学/矿物学/宝石鉴定； 5：生命科学; 6：医药； 7：化学； 8：环境； 9：物理 10: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色 素，油漆
拉曼光谱仪器
• 拉曼光谱仪器的构成：
Thanks For Your Attention
处于振动基态的分子在光子的作用下，激发到较高的、不稳定的能态（称为 虚态），当分子离开不稳定的能态，回到较低能量的振动激发态时，散射光的能量 等于激发光的能量减去两振动能级的能量差。即
E h
散＝h
激－
V V （ ) 01
拉曼光谱和拉曼效应
此时 激 > 散。这是拉曼散射的斯托克斯线。
来自试样的拉曼散射光通过干涉仪进入探测器，获得一 干涉图，随后进行傅里叶变换得到拉曼光谱。
拉曼光谱仪介绍 专家级
JY-T64000：模块式三级拉曼光谱仪系统 生长厂家：法国Horiba Jobin Yvon公司
研究级
LabRAM HR (高分辨单级拉曼光谱仪)
LabRam HR系统具有超高光谱分辨率和独特的宽波段测量能力。
如果光子与振动激发态的分子相互作用，被激发到更高的不稳定的能态，当分子 离开不稳定的能态回到振动基态时，散射光的能量等于激发光的能量加上两振动能 级的能量差。即：
E h
散＝h
激
V V （ ) 01
此时，
散
，这是拉曼散射的反斯托克斯线。
激
拉曼测量的是什么？
Real States 真实能级
• 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。
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导
• 前… 入射光
后…
散射光
分子
分子
• 散射光与入射光有相同的频率
emission
excitation
光散射 - 拉曼
• 散射光中的1010光子之一是非弹性散射（拉曼）
• 前…
后…
入射光
分子
• 光损失能量，使分子振动
分子振动
散射光
emission
excitation excit.-vib.
拉曼光谱仪的分类
按照仪器将来自试样的拉曼散射光随频移分散开的方式不 同，可将拉曼光谱仪分为三种类型： 1、滤光器型拉曼光谱仪。
来自绝大部分拉曼散射而只有很狭窄的光谱段进入检测 器，这意味着绝大部分拉曼散射光波被浪费掉。 2、分光仪型拉曼光谱仪。
将来自入射狭缝的光照射 于衍射光栅，然后将衍射光聚 焦在光谱仪输出平面上。 3、迈克尔逊干涉仪刑。