拉曼光谱输入到反向传播神经网络的原理拉曼光谱intensity

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jowvid 2024-01-10 22:56:53

文章标签 拉曼光谱输入到反向传播神经网络的原理红外非对称光强 文章分类 神经网络人工智能

拉曼光谱是一种无损的分析技术，它是基于光和材料内化学键的相互作用而产生的,可以提供样品化学结构、相和形态、结晶度以及分子相互作用的详细信息。
原理：激光光源的高强度入射光被分子散射时，大多数散射光与入射激光具有相同的波长（颜色），不能提供有用的信息，这种散射称为瑞利散射。然而，还有极小一部分（大约1/10^9）散射光的波长（颜色）与入射光不同，其波长的改变由测试样品（所谓散射物质）的化学结构所决定，这部分散射光称为拉曼散射。拉曼散射光对称地分布在瑞利散射光的两侧，但其强度比瑞利散射光弱得多，通常只为瑞利光强度的 10^-6 - 10^-9。

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定义：将拉曼散射强度相对拉曼频移的函数图称为拉曼光谱图。其中拉曼光谱“峰的数目”、“频移值的大小（即特征峰的位置）”以及“谱峰的强度”等都与物质分子振动和转动能级有关，而与入射光波长无关。
示例：纵坐标表示拉曼光强，可以用任意单位；横坐标表示拉曼频移，通常用相对于瑞利线的位移表示其数值，单位为波数（cmˉ¹）。瑞利线的位置为零点，频移为正数的是斯托克斯线，频移为负数的是反斯托克斯线。

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优势：
1.散射光频率不受入射光频率的影响，检测范围广
2.无损，快速，无污染，测量方式比较灵活
3.可分析水溶液，可检测低浓度样本
4.稳定的系统结构、可远距离在线分析
与红外光谱对比：

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1.拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
2.一般来讲，分子的非对称性振动和极性基团的振动，都会引起分子偶极距的变化，因而这类振动是具有红外活性；而分子对称性振动和非极性基团振动，会使分子变形，极化率随之变化，具有拉曼活性。
3.拉曼光谱适合同原子的非极性键的振动，如C-C、S-S、N-N键等，对称性骨架振动，均可从拉曼光谱中获得丰富的信息。而不同原子的极性键，如C=O、C-H、N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。相反，分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的，即：红外强，拉曼弱。红外弱，拉曼强。
4.对任何分子可以粗略地用以下原则来判断其拉曼或红外活性：
相互排斥规则：凡具有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则其红外就是非活性的。反之，若对红外是活性的，则对拉曼就是非活性的。
相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则红外也是活性的。
相互禁阻规则：对于少数分子振动，其红外和拉曼光谱都是非活性的。如乙稀分子的扭曲振动，既没有偶极距变化也没有极化率的变化。
5.红外更易测定，且信号较强，但拉曼信号较弱。不过，拉曼光谱一般更清晰，重叠带很少见到，谱图解析更方便。
6.红外光谱使用红外光（尤其中红外光），而拉曼可选择可见光到近红外光。
7.环境区别。拉曼光谱可测水溶液（水的拉曼散射很弱），而红外光谱不适用于水溶液测定。拉曼光谱测定无需特殊制样处理，而红外光谱测定需要制样。拉曼光谱可以在玻璃容器或毛细管中测量，但红外光谱不可在玻璃容器中测量。
8.红外光谱鉴定有机物更优，而拉曼光谱在提高无机化合物信息时更全面。
9.红外光谱解析：三要素（吸收频率、强度、峰形）。拉曼光谱解析除了有三要素外，还有去偏振度。
信息：一张拉曼谱图通常由一定数量的拉曼峰构成，每个拉曼峰代表了相应的拉曼散射光的波长位置和强度。每个谱峰对应于一种特定的分子键振动，其中既包括单一的化学键，例如C-C, C=C, N-O, C-H等，也包括由数个化学键组成的基团的振动，例如苯环的呼吸振动，多聚物长链的振动以及晶格振动等。