拉曼光谱培训讲义

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1、拉曼光谱(Ramanspectra)，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。历史1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质(液体苯)被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0-υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成

2、分υ0+υ1又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0-υ1的光子(即吸收的能量大于释放的能量)，同时分子从低能态跃迁到高能态(斯托克斯线)；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子(即释放的能量大于吸收的能量)，同时分子从高能态

3、跃迁到低能态(反斯托克斯线)。分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。拉曼散射光谱的特征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

4、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。故拉曼光谱记录的是斯托克斯线，瑞利散射和反斯托克斯线就不记录了。拉曼光谱和红外光谱的相同点拉曼波数的常规范围：40-4000cm-1，一台拉曼就包括了完整的震动频率范围。而红外光谱包括近中远范围，通常需要几台仪器或用一台仪器分几次扫描才能完成整个光谱的记录。

5、对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此对于某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同。红外吸收波数与拉曼位移均在红外区，两者都反映分子的结构信息。拉曼光谱和红外光谱的区别红外光谱测定的是样品的透射光谱。当红外光穿过样品时，样品分子基团吸收红外光产生振动，得到红外吸收光谱。其入射光及检测光都是红外光。横坐标是波数或波长表示。需制样。红外池窗片都是金属卤化物，大多数溶于水且水本身有红外吸收，故不能测水溶液。样品池需要特殊材料。拉曼光谱测定的是样品的发射光谱。当单色激光照射

6、在样品上时，产生拉曼散射，检测器检测到的是拉曼散射光。其入射光及检测光都是可见光。横坐标是拉曼位移，即与瑞利散射频率的差值。不需制样，但有时会烧蚀样品。可测水溶液。可用普通的玻璃毛细管或石英池做样品池。如何判别分子的拉曼或红外活性？1)凡是具有对称中心的分子，如CS2和CO2等线性分子，红外和拉曼活性是相互排斥的，若红外吸收是活性的，则拉曼散射是非活性的，反之亦然。2)不具有对称中心的分子，如H2O，SO2等，其红外和拉曼活性是并存的。当然，在两种谱图中各峰之间的强度比可能有所不同。3)少数分子的振动其红外光谱和拉曼光谱都是

7、非活性的，例如平面对称分子乙烯的扭曲振动，即没有偶极矩变化，也不产生极化率的改变。为什么要测定拉曼光谱？红外光谱和拉曼光谱是互补的。一个基团存在几种振动模式时，偶极矩变化大的振动，红外吸收峰强；偶极矩变化小的振动，红外吸收峰弱。拉曼光谱与之相反，偶极矩变化大的振动，拉曼峰弱；偶极矩变化小的振动，拉曼峰强，偶极矩没有变化的振动，拉曼峰最强。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：1由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是

8、研究水溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。2拉曼一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器。3拉曼光谱谱峰清晰尖锐，更适合定量研究、数据库搜索、以及运用差异分析进行定性研究。在化学结构