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拉曼光谱的数据初步处理.docx
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拉曼光谱的数据初步处理.docx
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第 I 页
摘要
本文主要目的是熟悉拉曼光谱仪原理,并掌握拉曼光谱
仪的实验测量技术以和拉曼光谱的数据初步处理。
文章首先论述了拉曼光谱仪开发设计、安装调试中所应
用的基本理论、设计原理及关键技术,介绍了激光拉曼光谱
仪的发展动态、研究方向和国内外总体概况。其次阐述了拉
曼散射的经典理论和其量子解释。并说明了分析拉曼光谱数
据的各种可行的方法,包括平滑,滤波等。再次根据光谱仪
器设计原理详细论述了分光光学系统的结构设计和激光拉
曼光谱仪的总体设计,并且对各个部件的选择作用和原理做
了详细的描述。最后,测量了几种样品的拉曼光谱,并利用
文中阐述的光谱处理方法进行初步处理,并且进行了合理的
分析对比。
总之,本文主要从两个方面来分析拉曼光谱仪的实验测
量和光谱数据处理研究:一、拉曼光谱仪的结构,详细了解
拉曼光谱仪的工作原理。二、拉曼光谱数据处理分析,用合
理的方法处理拉曼光谱可以有效便捷的得到较为理想的实
验结果。通过对四氯化碳、乙醇、正丁醇的光谱测量以和光
谱数据分析,得到了较为理想实验效果,证明本文所论述方
法的可行性和正确性。
第 II 页
关键词: 拉曼光谱仪 光栅 光谱分析
目录
第 1 章 引言 ...........................................1
1.1 拉曼光谱分析技术 ..................................1
1.2 现代拉曼光谱技术与特点 ............................2
1.3 研究拉曼光谱仪的意义 ..............................2
1.4 本文的主要内容 ....................................3
第 2 章 基本理论 .......................................4
2.1 拉曼散射经典解释
[8]
................................4
2.2 拉曼散射的量子解释 ................................6
2.2.1 散射过程的量子跃迁 .................................6
2.2.2 量子力学结果 .......................................7
2.2.3 Placzek 近似 ......................................12
2.3 拉曼光谱数据分析方法 .............................15
2.3.1 数据平滑处理 ......................................16
2.3.2 基线校正 ..........................................18
2.3.3 数据求导处理 ......................................18
第 III 页
2.3.4 数据增强算法 ......................................18
2.3.5 傅里叶变换 ........................................19
2.3.6 小波变换 ..........................................19
2.3.7 数字滤波..........................................20
第 3 章 常规拉曼检测系统 ..............................22
3.1 光源 .............................................22
3.2 滤光片 ...........................................24
3.3 拉曼光谱仪及计算机软件 ..........................25
3.3.1 光栅 ..............................................26
3.3.2 光电倍增管 ........................................28
第 4 章 拉曼光谱测量及数据处理和结论 ..................30
4.1 物质的拉曼光谱测量 ...............................30
4.2 拉曼光谱数据处理与分析 ...........................33
4.2.1 平滑处理 ..........................................33
4.2.2 低通滤波处理......................................36
4.3 结论 .............................................38
第 5 章 论文总结与展望 ................................39
第 1 页
第 1 章 引言
1.1 拉曼光谱分析技术
1928年印度实验物理学家拉曼发现了光的一种类似于康普
顿效应的光散射效应,称为拉曼效应。简单地说就是光通过介
质时由于入射光及分子运动之间相互作用而引起的光频率改变。
拉曼因此获得1930年的诺贝尔物理学奖,成为第一个获得这一
奖项并且没有接受过西方教育的亚洲人
[1]
拉曼散射遵守如下规律:散射光中在每条原始入射谱线(频
率为)两侧对称地伴有频率为 (k=1,2,3,⋯)的谱线,长波一
侧的谱线称红伴线或斯托克斯线,短波一侧的谱线称紫伴线或
反斯托克斯线:频率差及入射光频率无关,由散射物质的性质
决定,每种散射物质都有自己特定的频率差,其中有些及介质
的红外吸收频率相一致
[2]
。
拉曼光谱即拉曼散射的光谱。靠近瑞利散射线两侧的谱线
称为小拉曼光谱:远离瑞利散射线的两侧出现的谱线称为大拉
曼光谱。拉曼散射的强度比瑞利散射要弱得多。瑞利散射线的
强度只有入射光强度的千分之一,拉曼光谱强度大约只有瑞利
线的千分之一。及入射光频率相同的成分称为瑞利散射,频率
对称分布在两侧的谱线或谱带称为拉曼散射。拉曼光谱的理论
解释是:入射光子及分子发生非弹性散射,分子吸收频率为的
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