材料方法-第5章-拉曼光譜ppt課件

1、第第5 5章章 拉曼拉曼(Raman)(Raman)光譜光譜 拉曼輻射實(shí)際是1923年由德國物理學(xué)家A.Smekal首先預(yù)言的，1928年印度物理學(xué)家C.V.Raman察看到苯和甲苯的效應(yīng)，在此根底上開展起了拉曼光譜學(xué)。60年代激光被用作拉曼光譜的激發(fā)光源之后，由于激光的優(yōu)越性，從而大大提高了拉曼散射的強(qiáng)度，使拉曼光譜進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期，得到了日益廣泛的運(yùn)用。 他天資出眾，他天資出眾，1616歲大學(xué)畢業(yè)，以第一名獲物理學(xué)歲大學(xué)畢業(yè)，以第一名獲物理學(xué)金獎(jiǎng)。金獎(jiǎng)。1919歲又以優(yōu)良成果獲碩士學(xué)位。歲又以優(yōu)良成果獲碩士學(xué)位。19061906年，年，他僅他僅1818歲，就在英國著名科學(xué)雜志歲，就在英國著

2、名科學(xué)雜志 發(fā)表了發(fā)表了論文，是關(guān)于光的衍射效應(yīng)的。論文，是關(guān)于光的衍射效應(yīng)的。 因光散射方面的研討任務(wù)和喇曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，獲因光散射方面的研討任務(wù)和喇曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，獲得了得了19301930年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 一、拉曼光譜的根本概念一、拉曼光譜的根本概念1 1、瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移、瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移 碰撞碰撞彈性碰撞彈性碰撞非彈性碰撞非彈性碰撞碰撞過程中，光子與分子之間沒有碰撞過程中，光子與分子之間沒有能量交換，光子只改動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向，能量交換，光子只改動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向，不改動(dòng)頻率，稱為瑞利散射。不改動(dòng)頻率，稱為瑞利散射。碰撞過程中，光子與分子之間發(fā)生碰撞過

3、程中，光子與分子之間發(fā)生能量交換，光子不僅改動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向，能量交換，光子不僅改動(dòng)運(yùn)動(dòng)方向，而且改動(dòng)頻率，稱為拉曼散射。而且改動(dòng)頻率，稱為拉曼散射。斯托克斯斯托克斯(Stokes)(Stokes)線：線： 光子把一部分能量給樣品分子，得到的散光子把一部分能量給樣品分子，得到的散射光能量減少，在垂直方向丈量到的散射光中，射光能量減少，在垂直方向丈量到的散射光中，可以檢測(cè)低頻率的線可以檢測(cè)低頻率的線反斯托克斯線：反斯托克斯線： 光子從樣品分子中獲得能量，在大于入射光子從樣品分子中獲得能量，在大于入射光頻率處接納到散射光線光頻率處接納到散射光線拉曼位移或拉曼頻移位移：拉曼位移或拉曼頻移位移： 斯托克斯線

4、或反斯托克斯線與入射光頻率斯托克斯線或反斯托克斯線與入射光頻率之差之差2 2、拉曼光譜選律和選擇定那么、拉曼光譜選律和選擇定那么 拉曼散射光譜也同紅外吸收光譜一樣，遵守拉曼散射光譜也同紅外吸收光譜一樣，遵守E=hE=h的光譜選律。的光譜選律。 紅外吸收要服從一定的選擇定那么，即分子振動(dòng)紅外吸收要服從一定的選擇定那么，即分子振動(dòng)時(shí)只需伴隨分子偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)才干產(chǎn)生時(shí)只需伴隨分子偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)才干產(chǎn)生紅外吸收。同樣，在拉曼光譜中，分子振動(dòng)要產(chǎn)紅外吸收。同樣，在拉曼光譜中，分子振動(dòng)要產(chǎn)生位移也要服從一定的選擇定那么，也就是說只生位移也要服從一定的選擇定那么，也就是說只需伴隨分子極化度發(fā)生

5、變化的分子振動(dòng)方式才干需伴隨分子極化度發(fā)生變化的分子振動(dòng)方式才干具有拉曼活性，產(chǎn)生拉曼散射。具有拉曼活性，產(chǎn)生拉曼散射。 3 3、拉曼光譜圖、拉曼光譜圖 縱坐標(biāo)為相對(duì)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)是波數(shù)，它縱坐標(biāo)為相對(duì)強(qiáng)度，橫坐標(biāo)是波數(shù)，它表示的是拉曼位移值。表示的是拉曼位移值。二、拉曼二、拉曼(Raman)(Raman)光譜根本原理光譜根本原理000透射光透射光入射光入射光散射光散射光散射是光子與分子發(fā)生碰撞的結(jié)果散射是光子與分子發(fā)生碰撞的結(jié)果拉曼光譜是研討分拉曼光譜是研討分子和光相互作用的子和光相互作用的散射光的頻率散射光的頻率光散射過程的躍遷圖光散射過程的躍遷圖E1E0Stokes線線Rayleigh線線

6、Anti-Stokes線線0h0h0h01h01h1h拉曼譜線拉曼譜線 斯托克斯線和反斯托克斯線統(tǒng)稱為拉曼譜線。由于在通常情況下，分子絕大多數(shù)處于振動(dòng)能級(jí)基態(tài)，所以斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于反斯托克斯線。斯托克斯線斯托克斯線反斯托克斯線反斯托克斯線CCl4常見的常見的化合物化合物基團(tuán)振基團(tuán)振動(dòng)頻率動(dòng)頻率在紅外在紅外和拉曼和拉曼光譜中光譜中的強(qiáng)度的強(qiáng)度比較比較 PETPET的紅外的紅外a a拉曼拉曼b b光譜光譜 線型聚乙烯的紅外線型聚乙烯的紅外a a拉曼拉曼b b光譜光譜 三、拉曼光譜和紅外光譜三、拉曼光譜和紅外光譜紅外光譜紅外光譜拉曼光譜拉曼光譜分子在振動(dòng)躍遷過程分子在振動(dòng)躍遷過程中有偶極矩的

7、改動(dòng)中有偶極矩的改動(dòng)分子在振動(dòng)躍遷過程分子在振動(dòng)躍遷過程中有極化率的改動(dòng)中有極化率的改動(dòng)拉曼光譜和紅外光譜可以相互補(bǔ)充拉曼光譜和紅外光譜可以相互補(bǔ)充 對(duì)于具有對(duì)稱中心的分子來說，具有對(duì)于具有對(duì)稱中心的分子來說，具有一互斥規(guī)那么：一互斥規(guī)那么： 與對(duì)稱中心有對(duì)稱關(guān)系的振動(dòng)，紅外不與對(duì)稱中心有對(duì)稱關(guān)系的振動(dòng)，紅外不可見，拉曼可見；可見，拉曼可見； 與對(duì)稱中心無對(duì)稱關(guān)系的振動(dòng)，紅外與對(duì)稱中心無對(duì)稱關(guān)系的振動(dòng)，紅外可見，拉曼不可見?？梢姡豢梢?。紅外可見，拉紅外可見，拉曼不可見曼不可見拉曼可見，紅拉曼可見，紅外不可見外不可見HClClHCCsC CasC CsC C四、拉曼光譜的優(yōu)點(diǎn)四、拉曼光譜的

8、優(yōu)點(diǎn)1 1一些在紅外光譜中為弱吸收的譜帶，在拉曼一些在紅外光譜中為弱吸收的譜帶，在拉曼光譜中能夠?yàn)閺?qiáng)譜帶，從而有利于這些基團(tuán)的檢光譜中能夠?yàn)閺?qiáng)譜帶，從而有利于這些基團(tuán)的檢出。出。2 2拉曼光譜低波數(shù)方向的測(cè)定范圍寬，有利于拉曼光譜低波數(shù)方向的測(cè)定范圍寬，有利于提供重原子的振動(dòng)信息。提供重原子的振動(dòng)信息。3 3對(duì)于構(gòu)造的變化，拉曼光譜有能夠比紅外光對(duì)于構(gòu)造的變化，拉曼光譜有能夠比紅外光譜更敏感。譜更敏感。4 4特別適宜于研討水溶液體系。特別適宜于研討水溶液體系。5 5比紅外光譜有更好的分辨率。比紅外光譜有更好的分辨率。6 6固體樣品可直接測(cè)定，無需制樣。固體樣品可直接測(cè)定，無需制樣。五、拉曼散射

9、的運(yùn)用五、拉曼散射的運(yùn)用 物理學(xué)，化學(xué)，資料科學(xué)，物理學(xué)，化學(xué)，資料科學(xué)，電子科學(xué)，生物生命科學(xué)，醫(yī)學(xué)，電子科學(xué)，生物生命科學(xué)，醫(yī)學(xué)，環(huán)境科學(xué)，地球科學(xué)，天體科學(xué)環(huán)境科學(xué)，地球科學(xué)，天體科學(xué)等。等。 拉曼散射研討的資料涉及前景拉曼散射研討的資料涉及前景相當(dāng)寬廣，可以用于研討固體的相當(dāng)寬廣，可以用于研討固體的元激發(fā)，包括極化聲子，激子，元激發(fā)，包括極化聲子，激子，磁振子，朗道能級(jí)等；研討相變，磁振子，朗道能級(jí)等；研討相變，包括鐵電相變，位移型相變，有包括鐵電相變，位移型相變，有序序-無序型相變，無公度相變，混無序型相變，無公度相變，混合型相變；研討電子散射，包括合型相變；研討電子散射，包括稀土離

10、子，施主，受主散射，等稀土離子，施主，受主散射，等離子體散射離子體散射 。1 1、拉曼光譜法在有機(jī)資料研討中的運(yùn)用、拉曼光譜法在有機(jī)資料研討中的運(yùn)用 拉曼光譜的選擇定那么與分子構(gòu)象拉曼光譜的選擇定那么與分子構(gòu)象 凡具有對(duì)稱中心的分子，它們的紅外吸收凡具有對(duì)稱中心的分子，它們的紅外吸收光譜與拉曼散射光譜沒有頻率一樣的譜帶，這就光譜與拉曼散射光譜沒有頻率一樣的譜帶，這就是所謂的是所謂的“相互排斥定那么。相互排斥定那么。 高分子資料的拉曼去偏振度及紅外二向色性高分子資料的拉曼去偏振度及紅外二向色性 聚酰胺聚酰胺66薄膜拉伸薄膜拉伸400400 激光拉曼散射光譜激光拉曼散射光譜 聚酰胺聚酰胺66薄膜被

11、拉伸薄膜被拉伸250250的紅外偏振光譜的紅外偏振光譜 2、復(fù)合資料形變的拉曼光譜研討、復(fù)合資料形變的拉曼光譜研討 聚合丁二炔衍生物聚合丁二炔衍生物的構(gòu)造分析的構(gòu)造分析(a)(a)丁二炔衍生物丁二炔衍生物單體及聚合物鏈的單體及聚合物鏈的構(gòu)造表示圖構(gòu)造表示圖 R R代表取代基官能代表取代基官能團(tuán)團(tuán) (b) (b) 聚丁二炔單聚丁二炔單晶纖維德共振拉曼晶纖維德共振拉曼光譜光譜 (a)(a)原始原始CNTsCNTs的拉曼曲線的拉曼曲線 (b)(b)酸處置酸處置CNTsCNTs的拉曼曲線的拉曼曲線 (c)(c)酸處置結(jié)合石墨化酸處置結(jié)合石墨化CNTsCNTs的拉曼曲線的拉曼曲線 3 3、拉曼光譜法在納米資料中的運(yùn)用、拉曼光譜法在納米資料中的運(yùn)用 拉曼散射法可以基于以下的公式來丈量納米晶粒的拉曼散射法可以基于以下的公式來丈量納米晶粒的平均尺寸：平均尺寸： 122Bd 式中，式中，B B為一常數(shù)，為一常數(shù)，為納米顆粒在拉曼光譜中為納米顆粒在拉曼光譜中某一振動(dòng)峰的峰位相對(duì)于同樣的塊體資料中該峰的某一振動(dòng)峰的峰位相對(duì)于同樣的塊體資料中該峰的偏移量。偏移量。 ZnO的Raman光譜488nmAr激光器激發(fā) 800160024004-LO3-LO2-LO1-LOIntensity (a.u.)wav