摘 要

拉曼散射及其光谱的相应技术是目前一个热门的研究方向，这是由于拉曼光谱技术在医学、生物学和材料学等方面都有着极为重要的应用，且有很大的研究前景。但是，该技术仍有着灵敏度较低、会受到荧光干扰的缺点。本文从拉曼散射的原理入手，对拉曼光谱谱线的公式进行了推导并完成仿真以及对其变化规律的研究，所得结果对拉曼光谱谱线的认识有着一定的参考意义。

论文主要研究了，拉曼光谱的谱线在改变体系温度、激发光频率以及样品材料的条件下，光谱谱线的变化情况以及其规律，并将前后的变化情况进行了比较。

研究结果表明：外界因素的变化对拉曼光谱谱线具有一定程度的影响。瑞利线不受温度变化影响，而当温度提高时，拉曼散射中的两条谱线即stokes线与anti-stokes线的峰高上升，峰宽减小且后者随温度的改变远比前者明显。三种频率不同的散射谱线都会受到入射光频率的影响。随着入射光频率逐渐增大即波长减小时，瑞利线与拉曼散射对应的谱线都有峰高上升，峰宽减小的变化，并且反斯托克斯光对于入射光频率的变化相对于stokes光要敏感得多。样品材料会影响v_k，其变化对拉曼散射对应的谱线有影响，而对瑞利线无影响。随着v_k增大，拉曼散射对应的两条谱线不但相对于中心谱线的距离变大，而且峰高下降，峰宽增加。

本文的特色在于：使用matlab对拉曼光谱进行了模拟和定性的规律总结。在仿真过程中得到了较为理想的结果，并对外界因素对拉曼光谱产生影响的规律进行了总结。

关键词：拉曼散射；拉曼光谱；定性分析；外界因素

Abstract

Raman scattering and its corresponding spectrum of the current technology is a popular research direction, which is due to Raman spectroscopy in medicine, biology and materials science and other aspects have a very important application, and its great research prospects. However, the technology still has disadvantages of the low sensitivity and the shortcomings of fluorescence interference.This paper starts from the principle of Raman scattering,the formula of the Raman spectral line is deduced and the simulation is completed and the variation law is studied，the results of the study of Raman spectral line has a certain reference.

In this paper,the spectra and the laws of the Raman spectra were studied under the conditions of changing of the temperature of the system,the frequency of the excitation light and the sample materials,and the changes of the spectral lines were compared.

The results show that the change of external factors will have a certain influence on Raman spectroscopy. Rayleigh line is not affected by temperature changes,and with the temperature rise, the corresponding spectral lines of Raman scattering, peak height rise, peak width decreases and anti-Stokes light will change with temperature than Stoke Shiguang obvious. Rayleigh scattering, Raman scattering will be affected by the frequency of incident light. When the frequency of the incident light increases gradually, that is, the wavelength of the Rayleigh line and Raman scattering increases with the peak height and the decrease of the peak width, and the change of the anti-Stokes light to the incident light frequency It is much more sensitive to Stokes light. The sample material affects v_k, and its variation has an effect on the spectral line corresponding to the Raman scattering and has no effect on the Rayleigh line. With the increase of v_k, the distance between the Stokes line and the anti-Stokes line of Raman scattering is larger than that of the center line, and the peak height decreases and the peak width increases.

The characteristics of this paper: Raman spectra were simulated and analyzed by matlab. In the simulation process, the ideal results are obtained, and the influence of external factors on the Raman spectrum is summarized.

Key Words：Raman scattering；Raman spectroscopy；qualitative analysis；external factors

目 录

第1章 绪论 1

1.1 本论文研究的目的及意义 1

1.2 拉曼散射研究的背景及现状 1

1.3 本论文的主要内容及章节安排 4

第2章 基本原理 6

2.1 拉曼散射 6

2.1.1 拉曼散射的经典理论解释 6

2.1.2 拉曼散射的量子理论解释 6

2.2 拉曼光谱 8

2.3 小结 8

第3章 基于matlab的拉曼光谱谱线的仿真 9

3.1 拉曼光谱谱线的基本仿真思路 9

3.2 外界因素改变时拉曼光谱谱线的变化规律 12

3.2.1 拉曼光谱谱线受温度T的影响及其变化规律 12

3.2.2 拉曼光谱谱线受频率v₀的影响及其变化规律 15

3.2.3 拉曼光谱谱线受样品材料的影响及其变化规律 18

3.3 小结 18

第4章 结论 20

参考文献 21

附 录 23

致 谢 24

第1章 绪论

在分子结构研究中，由光谱学中引申的红外光谱和拉曼光谱等相关的光谱技术，在获得分子振动与转动等信息方面，成为了常用且重要的分析手段。拉曼光谱正由于其与红外光谱互补以及使用光子探针无损伤探测样品等优点，得到了科学界的诸多重视。尽管拉曼光谱已经有较为成熟的发展，但人们对于该技术的探索从未止步，在很多方向都有潜力可以开发，用以实现在更多未知领域的探索与应用。

1.1 本论文研究的目的及意义

随着社会的不停发展，人们对于尚未知晓的领域的探索的渴望也越发强烈。拉曼光谱的出现，让人们对于分子结构的研究有了更深的了解。因为拉曼光谱与红外光谱两者之间是彼此补充的，一般情况下，使用红外吸收光谱无法检测到的信息，通过拉曼光谱检测后都能较好得体现出来，再加上诸多其他优点，使得拉曼散射在多个领域的研究上以及实际应用上都有着十分重要甚至可以说是无法替代的作用。

拉曼散射及其光谱的相应技术是近年来的一个热点研究方向，该技术在国内外都得到了高度的重视。拉曼光谱的相关技术的不断发展，能够很好的满足人们对于未知领域认知的需求。而对拉曼光谱谱线的仿真以及研究其受外界因素变化影响的规律则是拉曼光谱技术不断发展的根基所在，本文的研究成果，对后续的研究有一定的价值。

1.2 拉曼散射研究的背景及现状

在20世纪30年代时，通过拉曼效应得到拉曼光谱是研究分子的内部结构的常用方法，然而由于拉曼效应本身很弱，发展一度受限。但是，20世纪60年代，随着激光光源的问世，高强度而又优质的单色光进入了科学家们的视野，激光器对拉曼光谱技术的发展起到了不可代替的作用。科技不停地进步，后来，激光拉曼探针被研究出来。而到了80年代开始，出现了可以过滤掉激发光的拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪，它通过凹陷滤波器的使用，使得杂散光得到抑制，从而令光源的效率得到了提升，且能获得很高的灵敏度^[1]。拉曼光谱的应用范围广泛，涉及到诸多领域，因此，广泛受到各行业人士的看重。

在科学技术的不停发展中，拉曼散射的相关技术也在研究人员的共同努力下发展的越来越好。时至今日，尽管拉曼光谱已经是一项较为成熟的基本技术，但在其在很多领域都有待人们去发掘，仍有很大的潜力。下面，本文就有关拉曼光谱的技术做一定的分类与介绍。