1-Materials Studio 与 CASTEP 快速入门
unit_MS_quick-start
打開 Materials Sautio，它會問是要開始一個新的 project 還是要打開一個前次的 project。如果是第一次用的話要選開啟新的 project ，如果一旦這樣回答的話，它還問你是什麼 project，那我們就給它一個 project 的名稱。我們現在要以氯化鈉為例，你可以給任何名稱，但是我現在要以 NaCl 為名稱。
一開始進來要先介紹幾個重要的視窗，它們關係到我們進行模擬計算時所會處理及操作到的對象。姑且可以分為這三類：一、進行計算的工作，己跑完的、正在跑的都算；二、計算工作總是有各有些不同的輸入與輸出檔案，我們經常會需要審視結果、修改輸出入的相關設定；三、材料的原子及電子結構 3D 模型帶有很多我們想要知道之關於這個材料的物性資料，例如晶體的晶胞邊長、原子的元素種類等等。從 Veiw 的 Explorer ，它有三個 Explorer，job Exploroer、project exploroer、property explorer 。
job explorer 的開跟關是這樣按一次它就開起來。這個是你跑什麼 job 近端遠端它都可以顯示，跑完了沒有、要不要把它移除等等，在這邊都可以操作，有很多 job 的時候會很好用。project explorer 預設值是開著的，就是靠左邊垂直的這一塊，裡面對於跑 project 的相關物件，如文字輸出、3D結構等等都是在這裡選取，很像微軟視窗 (MS Windows) 裏頭的『檔案總管』。要做東西總是需要選取一個 job 相關的目錄等等，所以 job explorer 在操作上來講是很重要的。另外我也常常會打開的是 property explorer ，property explorer 在 MS 是新的東西，相對 Cerius2 而言是新的東西。在 Cerius2 裡如果你想要知道一
些 3D 物件的屬性，像是鍵長、鍵角，晶胞內原子數，就要分別去打開一些相關的表單，它才會印給你看，然而初學者還得學會這些表單藏在那裏。但是現在新的 property explorer，你只要是3D物件有呈現的狀況之下，可以直接在上面顯現出來，這些待會都會有例子來為大家介紹。也就是說，這是一個非常方便的東西，你都不必記住要打開哪些選單你才可以看到它，各種可以看得見的特性還有可以改得到的選項通通都是在 property explorer。
一個要跑 CASTEP 的方法，你首先要有晶胞，裡面建立原子結構，你可以透過file ==> import 打開來進入 structure有內建的分類，然後裡面有選單，這個你可以得到，
我現在要示範的是你自己用手工輸入氯化鈉的晶體結構，首先的做法先打開 new document，有很多種類可以選，我們要選 3d atomistic document ，確定之後會給出一個空的3d 物件的工作稿，
然後到 build 的地方按 crystal ，它所打開來的東西首先會要我輸入 space group ，跟據 icsd 上查到的是225 ，把 225 輸進去，把滑鼠在別的地方點一下它就會顯示出 225 的 fm-3m 結構。
option 裡面偶爾看一下是好，那這個地方目前沒有其它的option，接下來下一步到 lattice parameter ，裡面不能夠填的都灰色化，能填的在這邊，那它的a 是 5.64 ，所以把 5.64打進去，其實我已經可以 apply 了，apply 之後它就會做一個出來，那 option 後面其實可以不用管，其本上是預設就好，這裡的option 是為了整個晶包在絕對坐標裡面排列成某個特定方向，這裡可以選，lattice option 這裡 orientation standard，一般而言預設的就可以了。
選單關起來，這裡我們已經有一個有空間群、有晶包邊長的 model ，再來我們要加入原子。從選單上有個 + ，然後有一顆藍色球，按下去，這就是加原子，
選擇我們要的原子 Na 然後名字它自己會補，abc它預設是用分數坐標 abc，我們看icsd告訴我們剛好是零，所以我就加上去，這是第一顆，
另外 cl 在icsd告訴我們是0.5 0.5 0.5 所以我們也把它加下去，當然我們已經在3d 的 model 裡面看到這個實在是非常像氯化鈉晶體，但是我們為了進一步確認的話很想要看一看某個表單白紙黑字告訴我們 NaCl 的比例相同，在這個情況下我們來到 property explore 的 filter ，filter 選單拉下來有 3D lattice , atom, 跟 symmetry system，
這個晶包裡面有什麼東西是屬於 symmetry system的，我們選下去以後所有跟這個晶包 symmetry system 相關的資訊都會顯現，從 cell formula 這裡我們可以看到 Na 4 Cl4 所以果然確定目前的晶包大小是一個八顆原子的氯化鈉晶包，並且比例是1:1 沒有問題，甚至像密度體積等等的這些它都一併給出來，接下來我要補充，如果你打開 filter 裡面的 3d lattice 的地方，你也可以同時看到角度 alpha betta gamma 以及它是什麼對稱性，還有晶包邊長，以晶包邊長為例，如果你去雙擊它的話可以當場改，所以這就是有別於 cerius2 的好處，cerius2 你要回到某個選單打開來然後改，那這邊所有你看得到的東西你統統可以在這邊改，甚至如果滑鼠的指標去按到晶格的框框，它自動會跳3d lattice，我再做一次給大家看，比方說我來取消它，那這邊是 All，那我來選 3d lattice ，它知道你要選擇 3d lattice ，會自動跳出來給你看，如果選擇原子，那原子就跳出來給你看，所以這是一個非常方便的 property explorer 這是它新的界面最強的之一，
那麼我就順便再講一點在3d操縱時我們所會用到的設定，滑鼠來到3d 工作稿裡頭按右鍵的話會打開一個跳出選單，裡頭的 display style 的部份呢基本上決定了各式各樣3d物件的表現方式，這個部份呢跟物性沒有關係，純粹是一個影像處理跟3d 几何，比方說 atom 選項裡面的 display style 我們選性狀的，選設線狀，選 stick 選 ball & stick 等等 , cross pack 這些都可以馬上反應在結構的表現不同上，那 lattice 也有各種選項等等，那這種選項還有很多種，總之這些都是跟 3d 有關的，
那我們因為還沒有算很多所以這個部份我也不必講太多，我先回到 line，那我另外還要講的一樣是按右鍵它另外有一個 lable 這個東西也很常用，lable 打開呢就讓你可以選擇你在什麼樣的 object 的 object type 要 lable ，你能夠lable 原子，你也能夠 lable 化學鍵，這邊因為目前這個晶包面沒有任何化學鍵，所以它不會有化學鍵給你選，那我們常會用到的是要把原子的位置上打上化學的原素符號，那我們就來在 object item 下來按 element symbol ，你不要按 element name， element name 是元素名稱，字比較長，element symbol 選下去然後按 apply，那麼就顯現了所有的原子什麼樣的原子的字就都出來了，這裡呢你還可以選擇字形的大小，你可以先把它 remove 掉，我現在先把它 remove 掉，我現在再一次 element name 要用比較小號一點的文字，所以說這非常的方便，
那麼光是原子結構的 3d 操控基本上是這樣，對於如何細部去移動原子切割原子的話將來我們有机會再其它的單元課程中再來說明怎麼樣來切割或移動東西。那麼我們今天的目標呢是一路就要把我們做出來的晶包直接進行光學性質計算，所以我們緊接著就要開始。首先這個晶體其實並不是 premitive unit cell ，並不是最小體積的晶體，我們可以在 build 選單的 symmetry 裡面去選premitive cell 按下去，它會把它轉成 premitive，這個 premitive cell 你馬上可以從 property explorer 裡面的 symmetry system 裡面看到說其實cell formula 已經是 NaCl 了，所以說它已經是大大的減小，Na 和 Cl 已經是各有一顆，我要在這樣比較簡化的狀況之下來進行光學計算，
要進行計算我們到選單上的符號裡面是一進波浪的這個，這是代表 castep 模組，因為它是以平面波作為基底，
我們要選擇能量的部份，至於說 setup 裡面的 task 你可以做很多不同的task，這些不同的 task 將來有其它部份的教材來繼續做完整的介紹，選擇 task 的情況之下再來 quality 我們選擇自己比較放心的 medium 或是 fine，那我們先選擇 medium 好了，
再來我在 electronic 的部份這個選單，它控制了計算的精確度，裡面有一個more 選表你可以看到 electronic option 的選單，這個選單裡面有好多項，basis、kpoint、scf、potentials 這些，這些細節都可以選，我們通常會遇得到要特別選的地方通常是為了要增加計算上的效能，來到 scf 這裡勾選 fix
拉曼光谱的原理及应用.doc
拉曼光谱的原理及应用 拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性,体积小而功率大的二极管激光器,与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计,提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。 （一）含义 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的方向透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： 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。 （三）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。在化学结构分析中,独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。 4 因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米,常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且,拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小,可分析更小面积的样品。 5 共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动,这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。（四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术 2、以CCD为代表的多通道探测器用于拉曼光谱的检测仪的分析技术 3、采用傅立叶变换技术的FT-Raman光谱分析技术 4、共振拉曼光谱分析技术 5、表面增强拉曼效应分析技术 (五) 拉曼频移,拉曼光谱与分子极化率的关系 1、拉曼频移：散射光频与激发光频之差,取决于分子振动能级的改变,所以它是特征的,与入射光的波长无关,适应于分子结构的分析 2、拉曼光谱与分子极化率的关系 分子在静电场E中,极化感应偶极矩P为静电场E与极化率的乘积 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子的极化率 分子中两原子距离最大时,极化率也最大 拉曼散射强度与极化率成正比例 （六）应用激光光源的拉曼光谱法 应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性,与表面增强拉曼效应相结合,便产生了表面增强拉曼光谱。其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使分析的信噪比大大提高。已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍,有利于低浓度和微量样品的检测。已用于无机、有
拉曼光谱
附件二 东北师范大学研究生课程论文 论文题目拉曼光谱实验报告 课程名称固体光学性质 姓名刘楠楠学号 10200201021774 专业凝聚态物理年级 2010 院、所物理学院年月日 2011. 06.25 研究生课程论文评价标准 东北师范大学研究生院制
拉曼光谱 一、实验目的 1、掌握拉曼光谱仪的原理和使用方法；了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 3、测四氯化碳的拉曼光谱，计算拉曼频移。 二、实验仪器 RBD型激光拉曼光谱仪 三、实验原理 1.拉曼散射光谱 拉曼散射光谱(拉曼散射)指的是光子发生的一种非弹性散射现象。一束光照射在物质上，光子会被构成该物质的原子或分子散射，其中绝大部分的散射光子会以原有的频率(能量)散射出去，这部分散射属于弹性散射(瑞利散射)因为光子散射前后没有发生能量改变;但是会有小部分散射光子的能量或变大或变小发生了改变(约占总散射光子数的l/108)，这种散射属于非弹性散射。拉曼散射就属于非弹性散射。拉曼散射反映的是分子的振动、转动或电子态能量的变化，在大多数实际应用中主要考虑的是振动态的拉曼散射。 拉曼散射光谱根据光子散射前后能量变化不同分属为斯托克斯散射(Stokes)和反斯托克斯散射 (a11ti-Stokes)部分。光子能量在散射后变小的为斯托克斯散射;光子能量在散射后变大的为反斯托克斯散射。区分参见图1. 图1 瑞利散射、斯托克斯散射和反斯托克斯散射
拉曼散射中的斯托克斯部分:分子与光子互作用时分子吸收了一部分光子能量，体系能量到达一个虚态后发射出的光子能量小于入射光子能量。拉曼散射光谱中斯托克斯部分的谱线在入射光谱位置的红光端外。 拉曼散射中的反斯托克斯部分:分子在与光子互作用时分子损失了一部分能量，体系能量到达一个虚态后发射出的光子能量大于入射光子能量。拉曼散射光谱中反斯托克斯部分的谱线在入射光谱位置的蓝光端外。 由于拉曼散射关注的是入射光子与散射光子之间的能量差，这个能量的差值对应着相应的振动能级，所以拉曼散射中分属于斯托克斯和反斯托克斯散射对称分布在入射光谱的两端，区别仅在于强度不同。拉曼散射的强弱完全取决于占据不同振动态的分子数目的多少，如果一个系统处于热平衡，那么处于不同态的分子的相对数量可由玻尔兹曼分布得到： 其中N0:低振动态原子数 N l:高振动态原子数 g o:低振动态简并度 g1:高振动态简并度 △E v:不同振动态之间的能量差 k:玻尔兹曼常数 T:温度(开尔文) 由上可见低能态分子数目远高于高能态的数目，所以斯托克斯散中占主导地位。 在实验中荧光信号和拉曼散射信号经常是相互伴随着的。荧光和拉同的过程，对荧光来说入射光被吸收，整个系统跃迁到某个激发态，经迁到不同的低能态。由于荧光是个共振吸收发射过程，因此荧光的强度且荧光光谱多是连续背景的形状与拉曼散射光谱是分立谱线多为不同。
拉曼光谱原理及应用简介
拉曼光谱由于近几年来以下几项技术的集中发展而有了更广泛的应用。这些技术是：CCD检测系统在近红外区域的高灵敏性，体积小而功率大的二极管激光器，与激发激光及信号过滤整合的光纤探头。这些产品连同高口径短焦距的分光光度计，提供了低荧光本底而高质量的拉曼光谱以及体积小、容易使用的拉曼光谱仪。（一）含义 光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射.弹性散射的散射光是与激发光波长相 同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,统称为拉曼效应 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征 （二）拉曼散射光谱具有以下明显的特征： 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。 （三）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。在化学结构分析中，独立的拉曼区间的强度可以和功能集团的数量相关。4因为激光束的直径在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常规拉曼光谱只需要少量的样品就可以得到。这是拉曼光谱相对常规红外光谱一个很大的优势。而且，拉曼显微镜物镜可将激光束进一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面积的样品。5共振拉曼效应可以用来有选择性地增强大生物分子特个发色基团的振动，这些发色基团的拉曼光强能被选择性地增强1000到10000倍。 （四）几种重要的拉曼光谱分析技术 1、单道检测的拉曼光谱分析技术
拉曼光谱
拉曼光谱 引言 在瑞利和布里渊光散射现象的基础上，斯梅卡尔研究了两个能级系统对光的散射，并预言散射谱中除了入射光频率的谱线外，将在两侧出现新的谱线。１９２８年印度物理学家拉曼（Ｃ．Ｖ．Ｒａｍａｎ）实验发现了这个效应，即在频率不变的瑞利散射线两侧对称地排列着数条拉曼散射偏振线，它们的频移量与红外振动频率相等而与所用光的频率无关。几乎与此同时，前苏联的物理学家曼杰斯塔姆和兰茨别尔格也观察到类似的现象。拉曼由于这项成就，荣获１９３０年诺贝尔物理奖。 拉曼散射是单色光对分子或晶体极化作用产生的一种非弹性散射，其散射线的数目，频移量的大小，谱线强度及偏振特性反映了散射分子的结构、其中原子的空间排列和相互作用的强弱，因此拉曼散射光谱揭示了分子和晶体的结构、组分、排列对称性及相互作用的信息。被广泛用于物质鉴定和分子结构有关的学科领域，为此现已发展了各种激光拉曼技术并已被用于相关的技术之中。 实验目的 １、掌握拉曼散射的基本原理，初步学会根据拉曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类型。 ２、掌握拉曼散射光谱的实验技术。 实验原理 当受光照射时，介质对光除反射、吸收和透射之外，总有一部分向四周散射。相对于入射光的频率或波数改变可分为三类散射。第一类是散射光的频率与入射光的基本相同，频率变化小于3×105Ｈｚ，相应的波数变化小于10－5ｃｍ－1，通常称它为瑞利（Ｒａyｌｅi ｇｈ）散射；第二类是频率变化约为3×109Ｈｚ，波数变化约为0．1ｃｍ－1，称为布里渊（Ｂｒiｌｌｏｕiｎ）散射，第三类的频率或波数变化比较大，频率变化大于3×1010Ｈｚ，波数变化大于1ｃｍ－1，这就是拉曼（Ｒａｍａｎ）散射。拉曼散射对应于分子的转动、振动能级之间的跃迁范围，它是由印度科学家拉曼（Ｃ．Ｖ．Ｒａｍａｎ）于192８年发现的。 从散射光的强度来看，瑞利散射最强，是入射光的10－3左右，拉曼散射最弱，通常小于入射光的10－6，因此当强度、单色性和方向性极好的激光的诞生，以及高质量、低杂散光的单色仪和高灵敏度的微弱信号检测系统出现以后，拉曼散射光谱技术才得以迅速发展。除了传统的线性拉曼光谱技术外，还发展了许多新的线性和非线性激光拉曼光谱技术，目前它已成为科研和应用技术强有力的工具，被广泛地应用于物质鉴定、分子结构等物理、化学、地学、生命科学以及环境科学等领域。 实验得到的拉曼散射光谱图，在外观上有三个明显的特征：第一，拉曼散射谱线的波数随入射光的波数0而变化，但对同一样品，同一拉曼线的波数差△＝－0则保持 不变。第二，在以波数为单位的拉曼光谱图上，以入射光波数为中心点，两侧对称分列着拉曼谱线，△<0的称斯托克斯（ｓｔｏkｅｓ）线，△>0的称反期托克斯（anti-stokes） 线。第三，一般情况下斯托克斯线的强度都大于反斯托克斯线。 下面，对拉曼散射的原理，并以CCl4分子为例，说明拉曼散射光谱与其分子的结构、简正振动模式的对称性之间的关系作一简要介绍。
拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究
物理与工程 Vol.17 No.2 2007 拉曼光谱实验方法及谱分析方法的研究 师振宇1 黄 山2 方 堃3 霍剑青4(指导教师) (1中国科学技术大学近代物理系;2中国科学技术大学少年班; 3 中国科学技术大学物理系;4中国科学技术大学理学院) (收稿日期2006211230) 摘 要 本文提出了振动拉曼光谱的实验方法和谱图数据处理方法,并应用于四氯化碳、苯等样品的拉曼光谱的获得和谱分析中.实验结果与通过Gaussian 计算软件计算的理论 结果相吻合.结果表明,本文提出的方法能有效地获得信号较弱和在较窄的谱段上谱线强度比相差悬殊的拉曼振动散射谱,并对其进行谱分析. 关键词 拉曼光谱;实验方法;数据处理;去噪处理 引言 拉曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱,入射光是强单色光,散射光除含有频率未变的光(称瑞利散射)外,还含有相当弱的有频率增减的光,其中带有散射体结构和状态的信息. 在凝聚态物理学中,拉曼光谱是取得结构和状态信息的重要手段,因此拉曼光谱在科学研究和国民经济各领域得到广泛的应用. 拉曼光谱[1]也是大学物理实验中的重要实验.实验中由于拉曼散射光强弱和噪声干扰等原因,往往无法获得完整的谱图,因此无法对其进行分析.本文以大学物理实验中常用的四氯化碳、苯等样品为例,运用L RS 2III 激光拉曼光谱仪研究了拉曼光谱实验方法和对谱图数据变换后的谱分析方法,并应用Gaussian 软件[3]对四氯化碳、苯等样品的谱图进行了理论分析.结果表明,实验数据与理论值吻合. 实验原理和实验方法 拉曼散射[1]是光和物质相互作用引起的,在光子和散射物质分子的碰撞过程中,散射物质会从入射光子吸收部分能量,或把自身的能量加到入射光子身上去,再发射的光子便与原光子不相 干,从而形成新的谱结构.当光子与分子发生弹性 碰撞时,光子与分子之间没有能量交换,此时,散射光与入射光频率相同,这种频率未变的谱线叫做瑞利线.当光子与分子发生非弹性碰撞时,光子改变了能量和运动方向,使散射光频率ν与入射 光频率ν0不同,ν<ν0的谱线称斯托克斯线;ν>ν0的谱线称为反斯托克斯线.三种谱线的频率各为 ν0、ν0+Δν、ν0-Δν,而有用的信息就包含在Δν的数值及其强度、偏振等参量中.瑞利线的强度约为入射光强的10-3量级,较强的斯托克斯线的强度则不到入射光的10-6量级;反斯托克斯线起因于样品中较高能态的作用,按玻耳兹曼分布率,其数甚少,故相应强度也大减,不到斯托克斯线的1/10.在较窄的谱段上有强度比如此悬殊的谱线同时出现,因此,如何获得清晰的信号较弱的拉曼散射谱是拉曼光谱技术和实验方法的关键. 为获得信号较弱的拉曼散射谱,通常拉曼光谱仪的基本结构如图1所示 . 图1 拉曼光谱基本结构示意图 本文采用天津港东的L RS —Ⅲ激光拉曼光谱仪,以倍频YVO 3:Nd 激光为光源,光源波长为
Raman 拉曼光谱原理及应用
拉曼光谱学 ——原理及应用HORIBA Jobin Yvon北京办事处
报告内容 ?1-什么是拉曼光谱? –简单介绍 ?2-拉曼光谱仪工作原理介绍 ?3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍?4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介
1928年，印度科学家C.V Raman in首先在CCL 4光谱 中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长 会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色 发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信 息，因此这种效应命名为Raman效应。 时间 和发现人? Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
λlaser λscatter >λlaser 瑞利散射λscatter = λlaser 拉曼散射 光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。 散射光弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
2 0004 000 6 0008 00010 000I n t e n s i t y (c n t )400600Raman Shift (cm -1) 520不同材料的拉曼光 谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱 z 为表征和鉴别材料提 供了指纹谱 z 深入开展光谱学和材 料物性研究打下基础 1332 1580 20000 15000 10000 5000 100012001400160018002000 Wavenumber (cm-1)?组分信息?结构信息
ADF教程：计算表面增强拉曼光谱SERS
ADF软件教程：计算表面增强拉曼光谱SERS 表面增强拉曼（Surface-Enhanced Raman Scattering，简称SERS），用通常的拉曼光谱法测定吸附在胶质金属颗粒如银、金或铜表面的样品，或吸附在这些金属片的粗糙表面上的样品。人们发现被吸附的样品其拉曼光谱的强度可提高103-106倍。 参数设置 将体系分为两个区，其中一个区是我们关心的分子，另一个区是材料表面： 基本参数设置，注意任务类型选择Frequencies：
ADFinput > Model > DIM/QM，设置DIM/QM参数： 其中Method中： §DRF：用于溶液－溶质的情况 §CPIM：用于小的金属纳米颗粒表面的情况 §PIM：用于大金属颗粒表面的情况 Region：分别将金属和分子勾选未DIM、QM part Dim Parameters：软件对一些金属元素已经内置了参数，因此本例中已经自动显示出来，如下图所示。如果某些金属材料没有参数，就需要用户自己设定。 Options： §Local field：当分子与表面相互作用时，包括两种相互作用：image field、local field。 前者默认包括，这里勾选是否包括后者。 §Frequency：开启依赖于频率的参数。但这对某些Method不支持。 §Forefield：使用Lenard-Jones势。 具体参数设置如下： ADFinput > Properties > Raman, VROA，选择拉曼光谱的参数：Calculate选择Raman Full AORESPONSE，Frequency value设置入射激光的频率，本例为3.55eV；Damping 设置lifetimes。本例为0.0036749
拉曼光谱
拉曼光谱 【引言】 在瑞利和布里渊光散射现象的基础上，斯梅卡尔研究了两个能级系统对光的散射，并 预言散射谱中除了入射光频率的谱线外，将在两侧出现新的谱线。1928年印度物理学家拉 曼（C．V．Raman）实验发现了这个效应，即在频率不变的瑞利散射线两侧对称地排列着数 条拉曼散射偏振线，它们的频移量与红外振动频率相等而与所用光的频率无关。几乎与此同 时，前苏联的物理学家曼杰斯塔姆和兰茨别尔格也观察到类似的现象。拉曼由于这项成就， 荣获1930年诺贝尔物理奖。 拉曼散射是单色光对分子或晶体极化作用产生的一种非弹性散射，其散射线的数目，频 移量的大小，谱线强度及偏振特性反映了散射分子的结构、其中原子的空间排列和相互作用 的强弱，因此拉曼散射光谱揭示了分子和晶体的结构、组分、排列对称性及相互作用的信息。 被广泛用于物质鉴定和分子结构有关的学科领域，为此现已发展了各种激光拉曼技术并已被 用于相关的技术之中。 【实验目的】 1．掌握拉曼散射的基本原理，初步学会根据拉曼散射光谱来确定分子结构及其简正振动类型。2．掌握拉曼散射光谱的实验技术。 【实验原理】 当受光照射时，介质对光除反射、吸收和透射之外，总有一部分向四周散射。相对于入 射光的频率或波数改变可分为三类散射。第一类是散射光的频率与入射光的基本相同，频率 变化小于3×105Ｈｚ，相应的波数变化小于10－5ｃｍ－1，通常称它为瑞利（Ｒａyｌｅiｇｈ） 散射；第二类是频率变化约为3×109Ｈｚ，波数变化约为0．1ｃｍ－1，称为布里渊（Ｂｒi ｌｌｏｕiｎ）散射，第三类的频率或波数变化比较大，频率变化大于3×1010Ｈｚ，波数变 化大于1ｃｍ－1，这就是拉曼（Ｒａｍａｎ）散射。拉曼散射对应于分子的转动、振动能级 之间的跃迁范围，它是由印度科学家拉曼（Ｃ．Ｖ．Ｒａｍａｎ）于192８年发现的。从散 射光的强度来看，瑞利散射最强，是入射光的10－3左右，拉曼散射最弱，通常小于入射光 的10－6，因此当强度、单色性和方向性极好的激光的诞生，以及高质量、低杂散光的单色仪 和高灵敏度的微弱信号检测系统出现以后，拉曼散射光谱技术才得以迅速发展。除了传统的 线性拉曼光谱技术外，还发展了许多新的线性和非线性激光拉曼光谱技术，目前它已成为科 研和应用技术强有力的工具，被广泛地应用于物质鉴定、分子结构等物理、化学、地学、生 命科学以及环境科学等领域。 实验得到的拉曼散射光谱图，在外观上有三个明显的特征：第一，拉曼散射谱线的波数 随入射光的波数0而变化，但对同一样品，同一拉曼线的波数差△＝－0则保持 不变。第二，在以波数为单位的拉曼光谱图上，以入射光波数为中心点，两侧对称分列着拉 曼谱线，△<0的称斯托克斯（ｓｔｏkｅｓ）线，△>0的称反期托克斯（anti-stokes）线。第三，一般情况下斯托克斯线的强度都大于反斯托克斯线。 下面，对拉曼散射的原理，并以CCl4分子为例，说明拉曼散射光谱与其分子的结构、 简正振动模式的对称性之间的关系作一简要介绍。 1．拉曼散射的经典解释 在入射光场作用下，介质分子将被极化产生感应电偶极矩。当入射光场不太强时，感应 电偶极矩Ｐ与入射光电场Ｅ呈线性关系 Ｐ＝α·Ｅ（3．3-1） 式中α称为极化率张量，通常情况Ｐ和Ｅ不在同一方向，因此是一个3×3矩阵的二 阶张量
拉曼光谱常见问题汇总
拉曼光谱问题汇总 问题目录 一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的？激光波长632.8nm。 二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。 三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的，在获得的图里面有很强的荧光，有的说，如果拉曼得不到就用其荧光谱。可我想问一下，在拉曼谱里面得到的荧光背景，是真正的荧光特征谱吗？这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别？ 四、什么是共焦显微拉曼光谱仪? 五、请问，测固体粉末的拉曼图谱时，对于荧光很强的物质，应该如何处理？特别是当荧光将拉曼峰湮灭时，应该怎么办？增加照射时间的方法，我试过，连续照射了4小时，结果还是有很强的荧光。我只有一台532nm的激光器，所以更换激光波长的方法目前我不能用。想问问各位，还有别的方法吗？ 六、请问用激光拉曼仪能测量薄膜的厚度、折射率及应力吗？它能对薄膜进行那些方面的测量呢？ 七、拉曼做金属氧化物含量的下限是多少? 我有一几种氧化物的混合物，其中MoO3含量只有5%，XRD检测不到，拉曼可以吗？ 八、小弟是刚涉足拉曼这个领域，主打生物医学方面。实验中，发现温度不同时，拉曼好像也不一样。不知到哪位能帮忙解释一下这个现象 九、文献上说，拉曼的峰强与物质的浓度是成正比关系，那么比如我配置1mol/L的某溶液，和0.5mol/L的溶液，其峰强度是正好一半的关系吗？应用拉曼，是否能采用峰积分，或者用近红外那样的多元统计的办法来定量吗？准确度怎么样？ 十、拉曼峰1640对应的是什么东西啊？无机的 十一、1 红外分析气体需要多高的分辨率？ 2 拉曼光谱仪是否可分析纯金属？ 3 红外与拉曼联用，BRUKER和NICOLET哪个好些？ 十二、我想请问一下这里的高手测定过渡金属络合物水溶液中金属与有机物中的某个原子是否成键可以用拉曼光谱分析吗？ 十三、金红石和锐钛矿对紫外Raman的响应差别大不大？同样条件下的金红石和锐钛矿的Raman峰会不会差很多？ 十四、什么是3CCD？ 十五、请教我所作的实验是用柠檬酸金属盐溶胶拉制成纤维，想做一下拉曼光谱来证明是否有线性分子的存在，可以吗 十六、在测量拉曼光谱仪的灵敏度参数时，有人提出，单晶硅的三阶拉曼峰的强度跟硅分子的取向（什么111，100之类）的有关，使用不同取向的硅使用与其相匹配的激光照射时，其强度严重不一样，是这样吗？不知道大家测量激光拉曼光谱仪的灵敏度时都是怎么测量的 十七、请问如何进行拉曼光谱数据处理？ 十八、拉曼系统自检具体是检测哪些硬件？是个什么过程？ 十九、请教作激光拉曼测试，样品如何预处理？ 二十、请问激光拉曼光谱是什么意思？ 二十一、请教喇曼谱实验时，如何选择激发波长，1064nm?还是785nm或633nm? 二十二、拉曼信号对入射角和出射角的响应又是什么样？我的样品是有衬底支持的薄膜样品（膜厚几百纳米--几微米），怎样扣除衬底的影响？ 二十三、微区拉曼和普通拉曼有区别吗，尤其在图谱上？多晶，单晶和非晶拉曼有何区别？ 二十四、我是做复合材料的研究的，主要是想研究纤维增强复合材料的界面性能？ 二十五、学校有一套天津港东的拉曼光谱仪，计划给学生开一个测量固体（或粉末）拉曼光谱的实验。试了几种材料都不明显，各位高人能推荐几种容易找到的象四氯化碳拉曼光谱那么明显的固体，晶体，或者粉末吗？ 二十六、我们研究小组新近涉及碳纳米管的领域。由于纳米管的Raman信号很弱，就是要重复不断的测试才能在1600cm－1的附近得到峰。请问具体操作条件应该怎么选。如laser的功率，解析度，扫描数scannumber等等，我们用的Raman仪器是(Brucker, RFS-100/S)。 二十七、激光拉曼光谱仪应该可以实现快速的定量分析，但经过前段时间一些咨询，使我对其是否可进行快速分析颇存疑问，尤其是气体分析。请问，一般来说分析一次样品（气体或固体）的时间是多长
拉曼光谱实验报告
拉曼光谱实验 姓名学号 何婷 李玉环 宋丹 [实验目的] 1、了解Raman光谱的原理和特点； 2、掌握Raman光谱的定性和定量分析方法； 3、了解Raman光谱的谱带指认。 4、了解显微成像Raman光谱。 [仪器和装置] 1、显光谱系统一套，拉曼光谱仪的型号为SPL-RAMAN-785 USB2000+的拉曼光谱仪，自带785nm激光； 2、带二维步进电机平移台一台（有控制器一台）； 3、PT纳米线样品； 4、光谱仪软件SpectraSuite； 5、步进电机驱动软件； 6、摄像头（已与显微镜集成在一起）。 [实验内容] 1、使用显系统及海洋光谱软件对单根或多根纳米线进行显光谱测量，对测量的图和标准图 进行比较，并通过文献阅读对PT纳米线Raman（测量和标准）的谱峰进行指认。 2、使用显微拉曼扫描系统进行二维样品表面拉曼信号收集，并生成样品表面特定波长处的 拉曼信号强度三维图，模拟样品表面拉曼表征。选择多个拉曼波长对样品形状进行观察。[实验结果及分析]
观察PbTiO3的拉曼散射谱并比对具体的拉曼散射光谱数据进行分析，可以找到以上10个拉曼散射峰，分别位于， nm， nm， nm， nm， nm， nm， nm， nm，附近，对应的Raman Shift分别是 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1。（通过Raman Shift=1/λ入射-1/λ散射计算得到） PT纳米线Raman测量的谱峰指认： 分析可知， cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1附近的9个振动模，分别对应于PbTiO3的A1（1TO），E（1LO），E（2TO），B1+E， A1（2TO）， E（2LO）+A1（2LO），E（3TO） A1（3TO）， A1（3LO）声子模。 位于 cm-1附近的模对应PbTiO3纳米线表面的TiO6八面体相对于Pb的振动；位于 cm-1附近的模分别对应于表面Ti-O或Pb-O键的振动；位于 cm-1附近的模对应于TiO6八面体中Ti-O键的振动。而位于 cm-1的振动模为静模。此外，在 cm-1处PbTiO3还具有额外的Raman 振动模，可能与该相中含有大量且复杂的晶胞结构有关。据报道，复杂钙钛矿结构中氧八面体的畸变或八面体内 B位离子的移动在某种程度上会破坏平移对称性，引起相邻晶胞不再具有相似的局部电场和极化率。 位于 cm-1处的拉曼峰强度增强，相比标准PbTiO3纳米线，其余拉曼峰强度均减弱。798nm处样品表面拉曼信号三维强度图：
拉曼光谱
四氯化碳的拉曼光谱研究 杨润秋 （北京师范大学 物理系 07级 100875） 指导教师：白在桥 实验时间：2010-3-31 摘 要：本文以波长为532nm 的半导体激光器作为光源，研究了CCl 4液体样品分子的拉曼 光谱。测量得到了其四个简振模式的波数。同时测量得到了各模式对应谱线在垂直于平行方向的退偏度的大小。 关键词：拉曼光谱 四氯化碳 固有频率 退偏度 一、 引言 拉曼散射光谱是研究物质结构的一个强有力的工具，利用拉曼散射谱线与散射体中分子的振动和转动、或晶格的振动等有关，为研究分子结构提供了一种重要手段。拉曼散射光谱在1923年被史梅尔从理论上预言，并在1928年被印度物理学家拉曼与克利希南所证实。本实验利用激光照射在CCl 4上所散射的拉曼光谱，来研究CCl 4分子振动的对称性，并通过实验熟悉拉曼光谱的测量方法与利用拉曼光谱研究分子振动的手段。 二、 实验原理 2.1 分子的振动 分子振动有自己的振动模式（简正模），一个多原子分子振动时，总可以根据运动的分解与叠加原理把分子的复杂振动分解为由简正模所组成的简正振动。当频率为0ω的光入射到分子上时，光的频率0ω与分子振动的简正频率k ω相互耦合，结果会产生新的光辐射的频率k ωω±0，这种光辐射就是拉曼光谱谱线中的（反）斯托克斯分量，而对于弹性散射的光子而言，其散射光的频率没有变化，这就是拉曼光谱中的瑞利谱线。所以拉曼光谱中，（反）斯托克斯总是对称分布于瑞利线的两侧。 电磁波辐射为电偶极辐射，对于入射光场)cos(00t E E ω=的作用，分子将产生电偶极矩 E A P ?= ( 1) 其中A 为一个二阶张量，称为极化率张量，为一个对称张量，与分子结构及其对称性有关。在A 的一级近似下，分子感应产生的电偶极矩P 可表示为： ∑ -=±±??+?=331 00000])cos[()()cos(N k k k k k t Q q A t E A P ?ωωω ( 2) 可以看出，在一级近似下，电偶极矩中产生了频率为k ωω±0的振动，故会产生相应的电磁波辐射，即（反）斯托克斯辐射。而是否会产生相应的辐射，也由极化率张量的偏微商 0)( k q A ??决定，也就是说，只有那些能引起分子极化率变化的简正振动，才能产生相应的拉曼散射。 量子理论中，也可以对拉曼散射做出一定的解释。光子打在分子上，使分子振动发生能级越迁。当分子振动状态从“虚态”回到本态时，产生瑞利散射；回到低能态时，产生反斯托克斯散射；回到高能态时，产生斯托克斯散射。在量子理论下，根据玻耳统计分布规律，高能级上的分子数要比低能级上的分子数少，这也从理论上说明了拉曼散射中反斯托克斯散射的强度要比相应的斯托克斯散射弱的原因。
拉曼光谱
激光拉曼光谱 【摘要】 本实验主要采用半导体激光器泵浦的3+ 4Nd :YVO 晶体并倍频后得到的532nm 激 光作为激发光源，研究了液体样品4CCl 分子的拉曼光谱。利用单光子计数的方法记录了4CCl 分子的拉曼光谱，得到了斯托克斯线和反斯托克斯线的几个峰值的波长，确定了样品的分子振动的振动模式，得到了各拉曼谱线的退偏度。 关键词：拉曼散射 瑞利线 斯托克斯线 反斯托克斯线 分子振动 固有频率 退偏度 一、 引言 拉曼散射光谱是研究物质结构的一个强有力的工具。当单色光作用于苯这类的液体样品时，在频率不变的瑞利散射线两侧对称的分布着若干条很弱的谱线，他们的频移等于样品分子红外振动谱线频率而与入射光频率无关。低频一侧的谱线叫斯托克斯线，高频一侧的则称为反斯托克斯线。斯托克斯线总比反斯托克斯线强。 拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。以分子为例，拉曼线的数目、频移大小和谱线强度直接与样品的振动和转动能级有关，而且从拉曼线的线宽测量还可提供有关能级寿命的信息，因此，利用拉曼散射光谱可以研究分子中原子的空间排列和相互作用。 20世纪60年代激光问世。由于极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。它产生的拉曼谱线极强，再加上采用双联单色仪和三联单色仪等分光系统大大抑制了背景噪声，并运用发展了的弱信号检测技术，导致了拉曼光谱学的复兴。 二、 原理 1、分子的拉曼散射光谱 对于振幅矢量为0E ，角频率为0ω的入射光，电场E 可以表示为 ()00cos E E t ω= (1) 分子受到该入射光电场作用时，将产生感应电偶极矩P ，一级近似下，P 与E 的关系可写成 P AE = (2) 其中，A 是极化率张量，是一个二阶张量。对A 在平衡位置进行泰勒展开，可得极化
拉曼光谱解答总结
汇总：拉曼光谱百问解答总结！ 一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的？激光波长632.8nm。 1. 两者是一回事。ramanshift即为拉曼位移或拉曼频移，频率的增加或减小常用波数差表示，拉曼光谱仪得到的谱图横坐标就是波数wavenumber，单位cm－1。 2.两者一回事。 拉曼频移ramanshift指频率差，但通常用波数wavenumber表示，单位cm－1，可以说某个谱峰拉曼位移是？？波数，或？？cm－1。 3.在Raman谱中，wavenumber有两种理解，一种是相对波数，这时就等于Ramanshift；另一种是绝对波数（这在荧光光谱中用的比较多），这个绝对波数是与激发波长有关，不同的激发波长得到的绝对波数是不一样的，这时Ramanshift等于（10000000/激发波长减去Raman 峰的绝对波数）。 所以通常在Raman谱中，wavenumber一般可理解为Ramanshift。 二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。 1. 我今天还在用激光拉曼测聚苯乙烯，没有出现你说的情况啊是不是玻璃管被污染的厉害？ 2. 你测出的玻璃的信号，有没有可能们焦点位置不对？ 3. 应该是聚焦位置不对，聚在玻璃上了，我以前也犯过同样的错误。 4. 用凹面载玻片，液体量会比较多，然后用显微镜聚焦好就可以了，如果液体有挥发性，最好液体上用盖玻片，然后焦点聚焦到盖玻片以下。 如果还不行，你可以查一下“液芯光纤”这个东东 5.建议： （1）有机液体里面的分析物质浓度多大? Raman测定的是散射光，所以在溶液中的强度相对比较底，故分析物浓度要大些。 （2）你用的是共聚焦Raman吗？聚焦点要在毛细管的溶液里面才好。可以在溶液中放点“杂物”方便聚焦。 （3）玻璃是无定形态物质，应该Raman信号比较弱才对。 三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的，在获得的图里面有很强的荧光，有的说，如果拉曼得不到就用其荧光谱。可我想问一下，在拉曼谱里面得到的荧光背景，是真正的荧光特征谱吗？这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别？ 1. 原则上说，拉曼谱中的荧光和荧光谱中的荧光是一样的，只要激发波长和功率密度相同。注意横坐标要从波数变换为纳米，即用10000000nm（1cm）除以波数就行了。但有一点要注意，不同波长的激发光照射样品，得到的拉曼相近，但荧光可以有很大不同，甚至相同波长不同功率激发，荧光谱都大不一样。 2. “注意横坐标要从波数变换为纳米，即用10000000nm（1cm）除以波数就行了”？Raman测定的是散射光，得到的是Raman shift. Raman shift和绝对波长（荧光光谱）之间要一个转换的吧。 3. 生物样品一般荧光峰比较宽，用荧光光测试之前一般先会做仪器本身曲线校正也就是仪器本身的响应曲线，这样测出的荧光峰才比较准，特别是对于宽峰更要做这个较准。 而Raman光谱一般采集的区域比较窄（指的是波长区域），一般在窄的波长范围变化不大，因此一般不考虑仪器本身响应曲线误差，但是Raman光谱来测宽荧光峰，影响就比较大。