拉曼光譜分析的案例
一文讀懂拉曼光譜
主要的拉曼光譜儀
激光Raman光譜儀（laser Raman spectroscopy）
Ar激光器：
波長: 514.5nm，488.0nm；
單色器：
光柵，多單色器；
檢測器：
光電倍增管，光子計數器；
傅立葉變換-拉曼光譜儀（FT-Raman spectroscopy）
光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器（1.064um）；
檢測器：高靈敏度的銦鎵砷探頭；
特點：
（1）避免了熒光干擾；
（2）精度高；
（3）消除了瑞利譜線；
（4）測量速度快。
拉曼光譜的分析方向
拉曼光譜儀分析技術是以拉曼效應為基礎建立起來的分子結構表征技術,其信號來源與分子的振動和轉動。
拉曼光譜的分析方向有：
定性分析：不同的物質具有不同的特征光譜，因此可以通過光譜進行定性分析。
結構分析：對光譜譜帶的分析,又是進行物質結構分析的基礎。
定量分析：根據物質對光譜的吸光度的特點,可以對物質的量有很好的分析能力。
拉曼光譜的應用
由拉曼光譜可以獲得有機化合物的各種結構信息：
1 同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，C ≡C產生強拉曼譜帶， 隨單鍵到雙鍵再到三鍵譜帶強度增加。
2 紅外光譜中，由C ≡N，C=S，S-H伸縮振動產生的譜帶一般較弱或強度可變，而在拉曼光譜中則是強譜帶。
3 環狀化合物的對稱呼吸振動常常是最強的拉曼譜帶。
展開 光學應用詳解｜深度解析激光拉曼光譜儀
今天為各位光學人深度詳解一下激光拉曼光譜儀，這種光學應用儀器的原理是什么，有什么用處？這篇文章都會為大家介紹。
先了解一下激光拉曼光譜
拉曼光譜法是研究化合物分子受光照射后所產生的散射，散射光與入射光能級差和化合物振動頻率、轉動頻率的關系的分析方法。
與紅外光譜類似，拉曼光譜是一種振動光譜技術。所不同的是，前者與分子振動時偶極矩變化相關，而拉曼效應則是分子極化率改變的結果，被測量的是非彈性的散射輻。
一定波長的電磁波作用于被研究物質的分子，引起分子相應能級的躍遷，產生分子吸收光譜。引起分子電子能級躍遷的光譜稱電子吸收光譜，其波長位于紫外～可見光區，故稱紫外－可見光譜。
電子能級躍遷的同時伴有振動能級和轉動能級的躍遷。引起分子振動能級躍遷的光譜稱振動光譜，振動能級躍遷的同時伴有轉動能級的躍遷。拉曼散射光譜是分子的振動－轉動光譜。用遠紅外光波照射分子時，只會引起分子中轉動能級的躍遷，得到純轉動光譜。
拉曼光譜的優點在于它的快速，準確，測量時通常不破壞樣品（固體，半固體，液體或氣體），樣品制備簡單甚至不需樣品制備。譜帶信號通常處在可見或近紅外光范圍，可以有效地和光纖聯用。
這也意味著譜帶信號可以從包封在任何對激光透明的介質，如玻璃，塑料內，或將樣品溶于水中獲得。現代拉曼光譜儀使用簡單，分析速度快（幾秒到幾分鐘），性能可靠。因此，拉曼光譜與其他分析技術聯用比其他光譜聯用技術從某種意義上說更加簡便（可以使用單變量和多變量方法以及校準。
解析激光拉曼光譜儀
激光拉曼光譜儀是一個集合了激光光譜學、精密機械和微電子系統的綜合測量體系。其最終結果是獲得散射介質在一定方向上具有一定偏振態的散射光強隨頻率分布的譜圖。
激光拉曼光譜儀分析是一種非破壞性的微區分析手段，液體、粉末及各種固體樣品均不需特殊處理即可用于拉曼光譜的測定。
展開 原位拉曼光譜研究鉑單晶表面氧還原反應機理取得新突破
李劍鋒教授課題組的研究方向主要涉及表面增強拉曼光譜、殼層隔絕納米粒子增強光譜、核殼材料、表面增強熒光、單晶電化學、異質金屬催化、新能源材料等領域。李劍鋒教授是殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜（SHINERS）技術的主要發明者（Nature 2010, 464, 392-395；Nature Protoc. 2013, 8, 52-65）。在2010年發明的SHINERS技術，解決了表面增強拉曼光譜（SERS）領域40年來長期存在的普適性差的問題，被譽為新一代的先進光譜技術，并被廣泛應用于各個領域。目前該論文已被引用2000余次。李劍鋒教授以第一作者或通訊作者身份已在Nature、Nature Energy、Nature Protoc.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等國際頂級雜志上發表多篇論文，總被引5600余次。授權發明專利3項，撰寫英文專著4章。應邀在美國化學會、加拿大化學會等大型國際會議作主題報告和邀請報告。作為大會主席，組織承辦2017年International Conference on SERS（表面增強拉曼光譜國際會議），并擔任Adv. Opt. Mater. (JCR一區，IF = 7.430)、ChemElectroChem (JCR二區，IF = 4.446)等國際SCI期刊編委。
展開 激光共聚焦顯微拉曼光譜儀在高分子材料表征中比紅外有哪些優勢？
設備簡介
設備名稱：激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
設備型號：DXR 3xi
在樣品分子結構和空間分布分析時，通常會遇到很多具有一定透明度的樣品如超薄多層聚合物、半導體多層膜、鍍層、多層纖維、生物細胞等，不僅需要實現表層信息的分析，同時需要探測內部成分和空間分布信息，而這些樣品大多數不能或不易切片，需要尋求具有無損探測樣品內部信息的分析手段。
國高材分析測試中心配備的顯微拉曼光譜儀具有獨特的Y-Z“切面”成像（縱向深度）和可視化3D成像（X-Y-Z）功能，均可以實現無損分析。利用儀器的針孔式真共焦功能，高精度自動平臺自動控制采集樣品縱向深度拉曼信號，無需樣品破壞和物理切片，輕松實現多層樣品深度上和三維空間上成分定性、成分分布及每層厚度的無損分析，從而實現樣品更加全面直觀的空間立體研究。
儀器結構及工作原理
圖1 高速高分辨激光共聚焦拉曼光譜儀結構示意圖
用激光作為光源激發樣品，樣品與激光相互作用后，樣品會發出拉曼信號。拉曼信號連同瑞利散射光等雜散光一起先后經過濾光片和共聚焦針孔，濾光片和共聚焦針孔會濾除絕大部分的雜散光，只允許所需要的樣品的拉曼信號進入光譜儀，樣品拉曼信號進入光譜儀后，通過光柵分光，將白光分成不同波長的光，不同波長的光信號進入檢測器，通過光電轉化，得到拉曼光譜。拉曼光譜是指紋性譜圖，可以提供樣品的化學結構、相和形態、結晶度以及分子相互作用的詳細信息。
展開 
模擬透射式體全息光柵拉曼光譜儀分光系統設計 | SYNOPSYS 光學設計軟件第76課
先輸入所有波長M，比例20和用符號顯示，在一張圖里顯示三種波長的點
查看不同波長下的點列圖和光斑大小
以上就是本次透射式體全息光柵拉曼光譜儀分光系統設計，所有宏文件和鏡頭文件可以聯系我們的工作人員獲取。
參考文獻：
[1]何振磊,盧啟鵬,丁海泉,高洪智.透射式體全息光柵拉曼光譜儀分光系統設計
[2][J].激光與光電子學進展,2015,52(12):214-220.
延邊大學權波：制備硫摻雜石墨烯的新戰略-可用于高性能鈉離子電池負極材料
圖 1熱處理法制備的硫摻雜石墨烯的形貌分析
(a)二甲基亞砜和硫摻雜石墨烯
(b)掃描電子顯微鏡圖
(c)投射電子顯微鏡圖
(d)高倍投射電子顯微鏡圖
(e)電鏡能譜分析
圖 2 表征
(a-b) X射線光電子能譜分析
(c) 拉曼光譜分析
(d) X射線衍射分析
圖 3 電化學性能分析
（a-b）充放電曲線
（c-d）循環伏安曲線
（e）不同電流密度下的循環性能圖
圖 4 電化學性能分析
（a）倍率性能圖
（b）長循環圖
小結：
本文通過新型熱處理法合成了富缺陷、含硫量高、層間距大的硫摻雜石墨烯。利用實驗室常用的有機溶劑，二甲基亞砜(DMSO)，為前驅體在高溫高壓條件下反應，制備出了硫原子摻雜的布形狀二維納米碳材料。實驗結果表明硫摻雜碳材料作為儲能材料表現出了良好的性能。這種合成戰略產量較高、成本較低，為新能源相關炭材料合成提供了新的思路和方向。
展開 VirtualLab運用：切爾尼-特納光譜儀—光譜分辨率的分析
光學測量＞光譜儀
任務/系統描述
亮點
復雜光學系統的高性能分析
使用嚴格算法對光柵進行嚴格矢量分析
說明：光源
說明：孔徑
說明：拋物面反射鏡
說明：光柵
說明：探測器
結果：3D光線追跡
結果：波長的變化
由于波長的變化，入瞳的像可經過探測器孔徑進行掃描
結果：單色儀的分辨率
光譜分辨率的定義：
光譜分辨率：A=1244
文件&技術信息
美國東北大學鄭義教授課題組JMCA：在基于海洋生物材料的水凝膠太陽能蒸發器上取得進展
通過對其進行拉曼光譜分析可得，在CI/CS水凝膠中，中間水與游離水的比值為1.31.
圖5. (a) 在一個太陽照射下，不同鹽濃度溶液的質量隨時間的變化。(b) CI/CS水凝膠鹽積聚實驗裝置示意圖。(c) 鹽顆粒積累在CI/CS水凝膠表面照片。(d) CI/CS水凝膠排鹽原理示意圖。(e) 鹽隨時間溶解反滲過程。CI/CS水凝膠對外加鹽顆粒反滲能力測試 (f) 實驗裝置和 (g) 隨時間變化過程。 (h, i) CI/CS水凝膠在長時間光照條件下的蒸發穩定性測試。(i) 不同光照強度下的蒸發速率測試。(k) 太陽能鹽水淡化前后鹽度比較。
在正常一個太陽照射下的工作條件下，CI/CS蒸發器能在不同鹽濃度的溶液中穩定高效的工作，且不會有鹽顆粒的積累 (圖5a)。為了展示它的良好的排鹽性能，他們采用高倍聚光比照射水凝膠且供以20 wt% 鹽濃度的水溶液，加速蒸發表面鹽顆粒的形成和聚集 (圖5b,c)。當把蒸發器重新放置在3.5 wt% 鹽濃度的水溶液上時，由于離子濃度差和強大的供水能力，所積聚的鹽顆粒會在短時間內溶解并反滲回底部溶液中，從而實現鹽的自清潔過程 (圖5d, e)。即使對于大量的外加的鹽，CI/CS蒸發器也同樣表現出了良好的自清潔能力 (圖5f,g)。在長時間穩定性測試中，該蒸發器的蒸發速率能夠穩定在4.1 kg m-2 h-1左右，且所蒸發的水的質量符合規定飲用水標準 (圖5h-k)。
相關論文以題為Seawater desalination derived entirely from ocean biomass 發表在《Journal of Materials Chemistry A》，同時并被選為封底圖片。
展開 分析手持式光譜儀與直讀光譜儀有什么樣的區別?
光譜儀有許多種類，包括我們常用的手持式光譜儀與直讀光譜儀，便攜式光譜儀等，那么，你知道手持式光譜儀與直讀光譜儀有什么區別嗎?
直讀光譜儀:
? 直讀光譜儀是定量分析，測量結果準確，重復性好，長期穩定。
手持式光譜儀:
手持式光譜儀是定性和半定量分析。用于標識材料等級。該測試很方便，但是不能測量精度要求很高的材料。
一、檢測試樣的大小不同
直讀光譜儀對樣品量有嚴格的要求。樣品必須至少具有不小于激發腔的平坦表面，并且厚度不得小于1.5mm(通常建議不小于3mm)，并且手持式光譜儀的尺寸和厚度應與樣品。沒有如此高的要求，可以測試普通樣品。
二、檢測環境不同
??直讀光譜儀只能在實驗室使用，環境溫度和濕度的波動不應太大，嚴重影響檢測效果;手持式光譜儀可以檢測室內或室外工作。
三、測試樣品的損壞程度不同
??直讀光譜儀是一種破壞性測試。在激發過程中，將在材料表面形成直徑約8毫米的小凹坑。直讀光譜儀不適用于貴重和裝飾性金屬。手持式光譜儀是非破壞性測試。測試本身不會影響樣品。有任何不良影響。在靈活性方面，手持式光譜儀還具有很高的利用率。用于測試樣品的直讀光譜儀的尺寸必須適合該表。測試前必須銷毀過多和較長的樣本。
四、數據的準確性不同
??碳和氮的兩個元素只能通過直讀光譜儀檢測。建議使用直讀光譜儀來準確地確定非金屬元素，例如磷和硫，以及對準確性有較高要求的地方(要求數據波動低于0.05%);通常建議使用手持式光譜儀進行品牌識別或其他定性和半定性定量精度要求。
展開 基于comsol的SERS、表面拉曼增強分析 ￥1890
表面增強拉曼克服了<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%8B%89%E6%9B%BC%E5%85%89%E8%B0%B1/2641897" rel="noopener noreferrer" target="_blank">拉曼光譜</a>靈敏度低的缺點, 可以獲得常規拉曼光譜所不易得到的結構信息, 被廣泛用于表面研究、吸附界面<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%A1%A8%E9%9D%A2%E7%8A%B6%E6%80%81/12733472" rel="noopener noreferrer" target="_blank">表面狀態</a>研究、生物大小分子的界面取向及構型、構象研究、結構分析等, 可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附態的變化、界面信息等。</p><h2>機理</h2><p>編輯目前學術界普遍認同的SERS機理主要有物理增強機理和化學增強機理兩類。
展開 ZEMAX | 如何設計光譜儀 - 公差分析
光譜學作為一種無創傷性技術，是研究組織、等離子體和材料的最強大的工具之一。之前我們發布了文章如何設計一個光譜儀 - 雜散光分析，該文概述了光譜儀系統的序列模式 - 非序列式轉換、封裝的簡單設計、機械封裝元件散射光情況的定量分析以及光譜儀探測器的雜散光污染情況。
而本文旨在介紹如何在 OpticStudio 中對由市售光學元件組建的透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀進行公差分析，包含如何補償裝配和加工制造產生的誤差。聯系我們下載文章的附件。
介紹
公差是一個復雜的課題，可以存在多種方法對一個光學系統進行公差分析。我們在此討論的方法將針對確定實驗室環境下組裝的光譜儀，以及與鏡片加工公差相關的參數。
光譜儀及其公差分析前準備工作
本文用于公差分析的光譜儀是一個透鏡-光柵-透鏡 (LGL) 光譜儀，在880 nm波長下帶寬為50 nm。它被設計用于光學相干層析成像 (OCT) 應用。光譜儀的結構如下:
光譜儀將使用光學實驗板將光學元件安裝在光學平臺上，因此我們需要著重研究以下與公差相關的問題：
光譜儀的元件組裝在光學實驗板上時，它的性能會受到怎樣的影響?
光學元件的加工公差將如何影響光譜儀的性能?
如何減少或補償這些性能的下降?
準備公差分析用的鏡頭文件
打開從附件下載的示例文件 “Spectrometer_tolerancing.zar”，快速瀏覽文件。在公差分析過程中，我們需要采取的第一步是取消所有可變參數和主光線的求解，并將半直徑轉換為圓形孔徑:
一旦這一步完成，我們可以進行公差分析的第一部分：裝配公差。
裝配公差
簡要地講，在公差分析過程中，OpticStudio 會改變系統中光學元件的參數并計算出參數對系統性能的影響程度。
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光譜儀 | RP 系列激光分析設計軟件
一般來說，光譜儀是一種用于研究光、物質或物體的波長相關特性的儀器；它的用途相當廣泛：
· 光譜儀是一種可以在空間上分離光的光譜成分的儀器，單獨分析光譜成分——例如使用照相底片或外部光電探測器。所使用的分光測色儀通常是衍射光柵或棱鏡。
· 光譜儀通常還包含一些用于分析光強的光電探測器。包含大型探測器陣列的光譜儀可用于記錄光源的光譜，而且無需在光柵方向掃描。當配備強度校準時，此類設備更具體地稱為光譜輻射計。
· 其他光學光譜儀用于分析物質或物體的光譜特性，例如與波長相關的透射率或反射率。它們更具體地稱為分光光度計，并在化學等領域得到應用。使用包含一些窄線寬 可調諧激光器的激光光譜儀可以獲得特別高的光譜分辨率和高靈敏度。然而，這些通常只能覆蓋相當有限的光譜區域。
還有光學和光子學領域之外的多種光譜儀，例如用于測量顆粒速度或顆粒尺寸分布的設備。然而，本文完全聚焦于對光進行光譜分析的光譜儀。當對物質或物體的分析感興趣時，請參閱有關分光光度計的文章。
使用光譜儀進行的測量通常會提供波長或頻率函數作為光的光功率譜密度(PSD) 。并非所有光譜儀都提供經過校準的 PSD；通常，強度讀數未經校準，而且對于波長來說可能與校準因子（響應度）有很大相關性。
還有光譜相位干涉測量方法，不僅可以測量功率譜密度，還可以測量光譜相位。
有些光譜儀也具有成像功能，稱為成像光譜儀。請參閱有關高光譜成像和多光譜成像的文章。
如果僅需要測量激光束的光譜線寬，而不需要測量詳細的光譜形狀，則可以使用其他方法，例如進行自外差線寬測量。通過這種方法，人們可以測量非常小的線寬，其遠低于典型光譜儀的分辨率。
光譜儀的類型
基于衍射光柵或棱鏡的光譜儀
大多數光譜儀都基于某種多色儀，即可以在空間上分離光的不同波長成分的裝置。
展開 光譜學 | RP 系列激光分析設計軟件
熒光光譜與波長相關的發射截面有關，這與可實現的激光增益相關。人們還可以檢測短激光脈沖激發后熒光強度的衰減，以確定上態壽命。通過結合光譜技術，人們可以對激光晶體或稀土摻雜光纖等激光增益介質的物理細節進行全面表征 。人們甚至可以研究微妙的效應，例如不同激光活性離子之間的相互作用，從而導致能量轉移現象。
另一個例子是拉曼光譜，其中用高光功率水平的窄帶光（通常從激光獲得）照射物質，并且檢測到由自發和/或自發和/或產生的波長稍長的微弱光發射。受激拉曼散射，一種非彈性散射。拉曼散射光的光譜（通過特殊的窄帶二向色濾光片（如梳狀濾光片）與泵浦光分離）包含分子振動的信息。有關更多詳細信息，請參閱有關拉曼光譜的文章。
高能激光雷達系統（例如在大氣研究中使用）允許遠距離遠程光譜測量。在這里，我們可以利用反向散射光的多普勒頻移來揭示縱向風速。人們已經開發了多種方法，可以遠程測量溫度、壓力、痕量氣體濃度和云粒子密度等許多特性。
光學相位的變化
在一些光譜方法中，人們利用光學相位的變化。通常，感興趣的相互作用發生在干涉儀的一個臂中。由此產生的相位變化可以被靈敏地檢測到，因為它們在干涉儀輸出處轉化為功率變化。吸收線引起的相位變化也與調頻光譜有關。
光譜學方法
透射光的光譜分解
人們可以使用寬帶光源（白光源），然后在光電檢測系統中應用光譜分解。通常，通過將光電探測器與某種單色儀相結合來獲得高光譜靈敏度。例如，高分辨率光譜儀允許測量許多不同的窄波長段，而無需精確控制光源。如果每個波長被分開處理并且存在許多窄波長段，則測量時間可能會很長，但是一些光譜儀可以同時記錄許多波長，例如當它們包含CCD陣列而不是單個光電二極管時。
獲得光譜分辨率的一種特殊方法是使用干涉儀，在測量過程中掃描臂長。對于窄帶光源，這將導致輸出功率的簡單正弦振蕩。
展開 光譜相位 | RP 系列激光分析設計軟件
這被定義為頻域中電場的相位，即函數的復相位
完整的脈沖表征不僅包括測量光譜，即平方模量 E(v)，還有光譜相位，其中包含額外的信息。例如，使用頻率分辨光門控 (FROG) 和用于直接電場重建的光譜相位干涉測量法 (SPIDER→光譜相位干涉測量法) 也可以做到這一點。
注意到波動光學中存在不同的符號約定；上述方程是物理學家約定俗成的。
光譜相位和群延遲
光學元件或裝置中光的群延遲可以定義為光譜相位延遲相對于角光學頻率的導數：
這可以通過考慮光脈沖來理解，其中峰值強度是在所有光譜分量處于同相位的時候發現的。在通過光學元件后，導致頻率相關的相位變化，該條件在脈沖峰值的最初時間不再滿足，而是在稍后的時間滿足，光譜元件再次獲得相同的相位。脈沖的時間位移是由群延遲決定的，前提是基礎的線性近似是有效的——也就是說，可能不適用于經歷更復雜的頻譜相位變化的寬帶脈沖。
思考
你能在不做計算的情況下，找出弱克爾非線性對 sech2 型脈沖的光譜相位的影響嗎?作為提示，在基本孤子脈沖中，除了剩余的恒定相移之外，群延遲色散和克爾非線性的影響可以相互抵消。
舉例說明
考慮與某些操作相關的光譜相位變化是有指導意義的：
01
時間相位的恒定變化直接轉化為光譜相位的相同變化(對于依賴時間的相位變化，這種關系就不那么明顯了)，并且沒有群延遲。
02
時間延遲T對應于光譜相位的變化，即 2πvT 與光頻率成正比。
03
色散直接影響光譜相位，也會引起群延遲。例如，三階色散的影響相當于在光譜相位上添加一項，該項隨頻率偏移的三次方而變化。
當脈沖的頻譜相位恒定或與頻率線性相關時，脈沖是無啁啾的，這意味著它處于變換極限。
展開 光譜線 | RP系列激光分析設計軟件
對于一些光源，例如氣體放電燈和各種激光器，光譜顯示出清晰定義的譜線，即具有相當大的功率譜密度的窄光譜特征。這些與原子、離子或分子從激發態到較低電子能級的躍遷有關。光子能量 hν=hc/λ 接近于能級差，因此能級差決定了光譜發射線的光波長。
有時，在連續譜的頂端會觀察到離散的發射譜線。
連續光譜也會出現離散的凹陷，這是由于某些波長的光被吸收造成的。這樣的吸收線通常也與電子躍遷有關，這時候從較低的能級到較高的能級。如果低能級是電子基態，則為基態吸收( GSA )，否則為激發態吸收( ESA )。例如，在太陽光這樣的吸收線已經被觀測到(夫瑯禾費線,由約瑟夫·馮·夫瑯禾費發現)中，并導致氦被發現在地球上之前就被發現。吸收譜線也可以在實驗室中進行研究，例如用寬帶光源和光譜儀或用掃描激光吸收光譜進行研究。
在激光晶體等固態介質中也觀察到類似的吸收和發射譜線。然而，在這里，由于吸收或發射物質與主體材料的相互作用，其吸收和發射特性通常較寬。
觀測到的吸收和發射譜線往往是某些物質的特征，因此可以作為光譜指紋，例如用于檢測大氣中的環境污染物。也可以通過它們與吸收系數的關系，利用 Beer - Lambert 定律測量濃度(或數密度)。
有許多標準譜線經常被用作波長參考，例如用于光學玻璃的表征。
譜線的寬度和形狀
譜線總是表現出有限的線寬，它可以有不同的來源:
1
在高氣壓下，碰撞是頻繁的。這導致譜線的碰撞增寬（或壓力增寬）。本質上，發射原子在其輻射過程中經常受到碰撞的干擾，因此光學相位無法在較長時間內連續演化。
2
由于輻射粒子的熱運動，存在多普勒頻移。這導致了所謂的多普勒展寬，其幅度取決于溫度。存在無多普勒光譜學的方法，其在很大程度上消除了多普勒增寬的影響。
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