《普通拉曼光譜技術(shù)》PPT課件.ppt

1、普通拉曼光譜技術(shù),姓名：嚴慧敏 學號：6121201002,2020/11/2,普通拉曼光譜與紅外光譜的比較 普通拉曼光譜應用,3,3,拉曼光譜簡介,拉曼光譜是研究分子振動的一種光譜方法,它的原理和 機制都與紅外光譜不同,但它提供的結(jié)構(gòu)信息卻是類似 的,都是關(guān)于分子內(nèi)部各種簡正振動頻率及有關(guān)振動能 級的情況,從而可以用來鑒定分子中存在的官能團。 拉曼光譜是通過測定散射光相對入射光頻率的變化來 獲取分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。,4,CCl4的拉曼光譜,Stocks lines,anti-Stockes lines,Rayleigh scattering,/cm-1,5,紅外與拉曼譜圖對比,紅外光譜：基團；

2、 拉曼光譜：分子骨架測定；,6,紅外及拉曼光譜法的比較,在分子結(jié)構(gòu)分析中,拉曼光譜與紅外光譜是相互補充的。,7,拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較,8,拉曼光譜源于極化率變化,紅外光譜源于偶極矩變化,拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較,9,拉曼散射光譜明顯的特征,斯托克斯,反斯托克斯,10,10,拉曼散射光譜明顯的特征,1）拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān)，只和樣品的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)； 2）在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布在瑞利散射線兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應于得到或失去了一個振動量子的能量。 3

3、）一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動基態(tài)上的粒子數(shù)遠大于處于振動激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。,11,11,拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性,提供快速、簡單、可重復、且更重要的是無損傷的定 性定量分析，它無需樣品準備，樣品可直接通過光纖 探頭或者通過玻璃、石英、和光纖測量。此外 1、由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學化合物的理想工具。 2、拉曼一次可以同時覆蓋40-4000波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無機物進行分析。相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測器,12,12,3、拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究

4、、數(shù)據(jù)庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究。在化學結(jié)構(gòu)分析中，獨立的拉曼區(qū)間的強度可以和功能基團的數(shù)量相關(guān)。 4、因為激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)勢。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。,拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性,13,普通拉曼光譜應用,拉曼光譜分析技術(shù)是以拉曼效應為基礎建立起來的分 子結(jié)構(gòu)表征技術(shù),其信號來源與分子的振動和轉(zhuǎn)動。 拉曼光譜的分析方向有： 定性分析：不同的物質(zhì)具有不同的特征光譜，因此可以通過光譜進行定性分析。 結(jié)構(gòu)分析：對光譜譜帶的分析

5、,又是進行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的基礎。 定量分析：根據(jù)物質(zhì)對光譜的吸光度的特點,可以對物質(zhì)的量有很好的分析能力。,14,14,Applications of Raman spectroscopy,由拉曼光譜可以獲得有機化合物的各種結(jié)構(gòu)信息：,1）同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，CC產(chǎn)生強拉曼譜帶， 隨單鍵雙鍵三鍵譜帶強度增加。,2）紅外光譜中，由C N，C=S，S-H伸縮振動產(chǎn)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(huán)狀化合物的對稱振動常常是最強的拉曼譜帶。,15,15,4）在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類鍵的對稱伸縮振動是強譜帶，這類鍵的反對稱伸縮

6、振動是弱譜帶。紅外光譜與此相反。,5）C-C伸縮振動在拉曼光譜中是強譜帶。,6）醇和烷烴的拉曼光譜是相似的：I. C-O鍵與C-C鍵的力常數(shù)或鍵的強度沒有很大差別。II. 羥基和甲基的質(zhì)量僅相差2單位。 III.與C-H和N-H譜帶比較，O-H拉曼譜帶較弱。,Applications of Raman spectroscopy,16,16,拉曼光譜的應用,一些有機物分子中極性基團和骨架結(jié)構(gòu)的相對振動有強的拉曼譜帶。 高度非對稱的振動及一些強極性基團的非對稱振動有強的紅外譜帶。 一些有機化合物分子則介乎非極性基團和強極性基團之間，其特征頻率在兩個光譜中大多能反映，其中拉曼光譜譜帶較清晰，容易確定

7、譜帶的歸屬。 拉曼光譜法還能測定物質(zhì)的偏振度，可以確定分子的對稱性。,17,2020/11/2,17,在化學研究中的應用,18,定性分析,因不同的物質(zhì)具有不同的特征光譜，故可以通過 光譜進行定性分析。拉曼定性測量提供有關(guān)樣品 中振動譜帶的準確光譜信息。由于拉曼光譜適合 于特定的化合物，拉曼定性測量可用于簡便鑒別 試驗以及結(jié)構(gòu)解析。,19,天然雞血石的拉曼光譜:,20,仿造雞血石的拉曼光譜,21,21,各種碳材料的拉曼光譜,直鏈CH2碳原子的折疊振動頻率：,Nc為碳原子數(shù),不同的碳材料其拉曼光譜不同，因此可用于進行定性鑒定。,22,22,結(jié)構(gòu)分析,23,23,苯環(huán)中取代基的確定,取代基的位置不同

8、，苯環(huán)的拉曼位移也不相同，因而可根據(jù)拉曼位移值來確定取代基在苯環(huán)上的位置。 例如： 所有間位取代的苯環(huán)在拉曼位移值為1000cm-1處都有一強的拉曼線； 對位取代基的半環(huán)拉曼位移為635cm-1； 鄰位取代的苯環(huán)為103515cm-1。,24,定量分析,拉曼光譜技術(shù)作定量分析的基礎是測得的分析物 拉曼峰強與分析物濃度間有線性比例關(guān)系。分析 物拉曼峰面積（累積強度）與分析物濃度間的關(guān) 系曲線稱為標定曲線。通常對標定物曲線應用最 小二乘法擬合以建立一方程式，據(jù)此從拉曼峰面 積計算得到分析物濃度。,25,25,其他應用,用通常的拉曼光譜可以進行半導體、陶瓷等無機材料的分析。如應力分析、晶體結(jié)構(gòu)解析等

9、。 拉曼光譜還是分析合成高分子、生物大分子分析的重要手段。如分子取向、蛋白質(zhì)的巰基、卟啉環(huán)的分析。 燃燒物和大氣污染物分析。,26,26,拉曼光譜實驗中應注意的幾個問題,在拉曼光譜實驗中，為了得到高質(zhì)量的譜圖，除了選用性能優(yōu)異 的譜儀外，準確地使用光譜儀，控制和提高儀器分辨率和信噪比 是很重要的。 （1）狹縫：出射入射和中間狹縫是拉曼光譜儀的重要部分。入射、出射狹縫的主要功能是控制儀器分辨率，中間狹縫主要是用來抑制雜散光。 （2）孔徑角的匹配：注意把散射光正確地聚焦到入射狹縫上，否則不但降低了分辨率也影響了信號靈敏度。 （3）激發(fā)功率：提高激發(fā)光強度或增加縫寬能夠提高信噪比，但在進行低波數(shù)測量

10、時這樣做常常會因增加了雜散光而適得其反。,27,27,拉曼光譜實驗中應注意的幾個問題,（4）激發(fā)波長：由于長波長激光對儀器內(nèi)少量灰塵或試樣中缺陷的散射弱；另一方面由于狹縫寬度一樣時，不同波長的光由出射狹縫出射時所包含的譜帶寬度不一樣。所以一般用長波長的激光譜線作為激發(fā)光，對獲得高質(zhì)量的譜圖有利。 （5）為防止樣品分解常采用的一種辦法是旋轉(zhuǎn)技術(shù)，利用特殊的裝置使激光光束的焦點和樣品的表面做相對運動，從而避免了樣品的局部過熱現(xiàn)象。樣品旋轉(zhuǎn)技術(shù)除能防止樣品分解外，還能提高分析的靈敏度。,28,28,拉曼光譜數(shù)據(jù)處理,歸一化法是目前常用的一種拉曼光譜數(shù)據(jù)處理的方法，其方法間的差異在于歸一化中比值參照對象的不同等，所報道的歸一化方法是在檢測樣品中加入另一種物質(zhì)。利用這種物質(zhì)的拉曼譜峰作為內(nèi)標峰，但是，引入另一種物質(zhì)譜峰作為內(nèi)標峰的做法局限性較大，須保證引入的物質(zhì)對檢測物質(zhì)不會發(fā)生任何影響，且如檢測物質(zhì)是溶液的話。 在樣品的拉曼數(shù)據(jù)采集過程中，由于數(shù)據(jù)采集時的時空差異以及儀器差異所引