Ramanspectroscopy

1、 當(dāng)光（電磁波）入射到物質(zhì)上時(shí)，組成物質(zhì)的分子或原子將形成電當(dāng)光（電磁波）入射到物質(zhì)上時(shí)，組成物質(zhì)的分子或原子將形成電偶極矩，并使其按周期規(guī)律變化，即向外輻射（散射）電磁波。而分子偶極矩，并使其按周期規(guī)律變化，即向外輻射（散射）電磁波。而分子中原子的振動(dòng)對(duì)電子極化率的調(diào)制作用，產(chǎn)生了中原子的振動(dòng)對(duì)電子極化率的調(diào)制作用，產(chǎn)生了Raman效應(yīng)。效應(yīng)。拉曼（拉曼（Raman），印度物理學(xué)家。），印度物理學(xué)家。1928年發(fā)現(xiàn)了光散射的拉曼效應(yīng)。年發(fā)現(xiàn)了光散射的拉曼效應(yīng)。1930年獲得了年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 拉曼和湯川秀樹（日）是僅有的兩位沒有拉曼和湯川秀樹（日）是僅有的兩位沒有受過西

2、方教育的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。受過西方教育的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主。印度政府將印度政府將2月月28日定為日定為“拉曼節(jié)拉曼節(jié)”。 是分子的極化率，數(shù)量單位在是分子的極化率，數(shù)量單位在10-40cv-1m2，是二階張量，是二階張量拉曼散射的經(jīng)典理論拉曼散射的經(jīng)典理論依據(jù)：以物質(zhì)分子（散射體）當(dāng)作為電介質(zhì)，光波當(dāng)作電磁場，當(dāng)物依據(jù)：以物質(zhì)分子（散射體）當(dāng)作為電介質(zhì)，光波當(dāng)作電磁場，當(dāng)物 質(zhì)分子受電場強(qiáng)度為質(zhì)分子受電場強(qiáng)度為E的電磁場作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電偶極矩的電磁場作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電偶極矩P假設(shè)入射光為頻率假設(shè)入射光為頻率0的單色光的單色光 如果將產(chǎn)生感應(yīng)電偶極矩的分子視為各向同性，即如果將產(chǎn)生感應(yīng)電

3、偶極矩的分子視為各向同性，即作為常數(shù)，感應(yīng)作為常數(shù)，感應(yīng)電偶極矩將發(fā)射頻率為電偶極矩將發(fā)射頻率為0的電磁輻射，它的頻率和入射頻率相同，這就的電磁輻射，它的頻率和入射頻率相同，這就是瑞利光散射。是瑞利光散射。0002costEE P=E0002costEpa a PX=XXEX+XYEY+XZEZPY=YXEX+YYEY+YZEZPZ=ZXEX+ZYEY+ZZEZ XX等九個(gè)系數(shù)稱為極化率張量分量，等九個(gè)系數(shù)稱為極化率張量分量，XY的意義是沿的意義是沿Y軸方向的單位電場強(qiáng)度軸方向的單位電場強(qiáng)度EY在在X軸方向所產(chǎn)生的極化率張量，軸方向所產(chǎn)生的極化率張量，其他八個(gè)依此類推。其他八個(gè)依此類推。 但實(shí)

4、際上分子是非各向同性的，極化率但實(shí)際上分子是非各向同性的，極化率是一個(gè)張量，那么所加電場是一個(gè)張量，那么所加電場在在X、Y、Z軸方向上產(chǎn)生的感應(yīng)電偶極矩表示為：軸方向上產(chǎn)生的感應(yīng)電偶極矩表示為：如考慮實(shí)對(duì)稱的極化率張量分量，則如考慮實(shí)對(duì)稱的極化率張量分量，則 ：XY=YX， XZ = ZX，YZ=ZY 這六個(gè)極化率張量分量與坐標(biāo)這六個(gè)極化率張量分量與坐標(biāo)X、Y、Z可以組成一個(gè)橢可以組成一個(gè)橢球方程：球方程：XXX2+YYY2+ZZZ2+2XYXY+2XZXZ+2YZYZ=1 極化率橢球的尺度決定于上述極化率張量分量的值，如果極化率橢球的尺度決定于上述極化率張量分量的值，如果分子在振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，

5、六個(gè)極化率張量分量的任何一個(gè)發(fā)生分子在振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，六個(gè)極化率張量分量的任何一個(gè)發(fā)生變化，那么產(chǎn)生拉曼光譜的條件就可以滿足。變化，那么產(chǎn)生拉曼光譜的條件就可以滿足。 組成分子的所有原子都近似的看作在平衡位置附近作同頻率、同位組成分子的所有原子都近似的看作在平衡位置附近作同頻率、同位相的諧振動(dòng)，分子中任何一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)都可以看作是這些簡正振動(dòng)的疊相的諧振動(dòng)，分子中任何一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)都可以看作是這些簡正振動(dòng)的疊加。加。 只考慮一個(gè)簡正振動(dòng)，只考慮一個(gè)簡正振動(dòng)，Q.)(21)(,0 lllQQQQQQ a aa aa aa a a aa aa aQQ00)( 簡正振動(dòng)：簡正振動(dòng)：腳注腳注“0” 導(dǎo)數(shù)在平

6、衡位置時(shí)的取值導(dǎo)數(shù)在平衡位置時(shí)的取值、 .振動(dòng)頻率為振動(dòng)頻率為 、 . 的振動(dòng)的簡正坐標(biāo)的振動(dòng)的簡正坐標(biāo) QlQl0a a極化率在平衡位置時(shí)的值極化率在平衡位置時(shí)的值簡正振動(dòng)頻率與簡正坐標(biāo)的相互關(guān)系為：簡正振動(dòng)頻率與簡正坐標(biāo)的相互關(guān)系為： )2cos(0tQQ 0Q為初始位置的簡正坐標(biāo)為初始位置的簡正坐標(biāo)00000000002cos2cos2costtQEQtEPXa aa a 0002costEpa a a aa aa aQQ00)( )(2cos)(2cos22cos0000000000ttEQQtEP a aa a 這個(gè)方程式右邊的第一項(xiàng)包含入射光頻率，它對(duì)應(yīng)于這個(gè)方程式右邊的第一項(xiàng)包含

7、入射光頻率，它對(duì)應(yīng)于瑞利散射瑞利散射，并確定了瑞利散射的性質(zhì)。這個(gè)方程式右邊的第二項(xiàng)除了包含入射光并確定了瑞利散射的性質(zhì)。這個(gè)方程式右邊的第二項(xiàng)除了包含入射光頻率頻率 以外，還包含有以外，還包含有 和和 的光頻率，它們對(duì)于于振的光頻率，它們對(duì)于于振動(dòng)拉曼頻率，分別代表動(dòng)拉曼頻率，分別代表斯托克斯線斯托克斯線和和反斯托克斯線反斯托克斯線，這一項(xiàng)實(shí)際上確，這一項(xiàng)實(shí)際上確定了拉曼散射的性質(zhì)是一種非彈性散射。定了拉曼散射的性質(zhì)是一種非彈性散射。000利用三角公式化簡可得：利用三角公式化簡可得：瑞利散射瑞利散射斯托克斯線斯托克斯線反斯托克斯線反斯托克斯線O=C=O對(duì)稱伸縮O=C=O反對(duì)稱伸縮偶極距不變無

8、紅外活性極化率變有拉曼活性極化率不變無拉曼活性偶極距變有紅外活性 Raman散射分為斯托克斯散射（散射分為斯托克斯散射（h（0 - s）和反斯）和反斯托克斯散射（托克斯散射（h（0 +s） 。 斯托克斯散射的強(qiáng)度通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)度強(qiáng)斯托克斯散射的強(qiáng)度通常要比反斯托克斯散射強(qiáng)度強(qiáng)得多，在拉曼光譜分析中，通常測(cè)定斯托克斯散射光線。得多，在拉曼光譜分析中，通常測(cè)定斯托克斯散射光線。LabRAM ARAMIS UV-VIS-NIR LabRAM HR LabRAM IR2 RSL-PLUS (OEM Raman System)R-3000 (OEM Raman System )臨床診斷應(yīng)用臨床

9、診斷應(yīng)用寶石學(xué)寶石學(xué)藝術(shù)藝術(shù)半導(dǎo)體半導(dǎo)體藥學(xué)藥學(xué)生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)與化學(xué)激光器激光器樣品臺(tái)樣品臺(tái)光譜儀主體光譜儀主體探測(cè)器探測(cè)器光路光路電腦電腦控制測(cè)試控制測(cè)試參數(shù)參數(shù)Raman信號(hào)信號(hào)YAGYAG（釔鋁石榴石）（釔鋁石榴石） LaserLaser（532nm532nm）He-Cd Laser（325nm）高分辨壓電鏡臺(tái)高分辨壓電鏡臺(tái)移動(dòng)精度移動(dòng)精度 ：0.1 m VO(acac)2-1-5s0100200300400500Length X (m)m 選擇掃描的區(qū)域選擇掃描的區(qū)域 同時(shí)保存同時(shí)保存Raman成像和光譜成像和光譜 可以選擇不同的光譜范圍作為成像參考標(biāo)準(zhǔn)可以選擇不同的光譜范圍作為成

10、像參考標(biāo)準(zhǔn)(強(qiáng)度或波數(shù)強(qiáng)度或波數(shù) )激發(fā)光的偏振方向?qū)δ承┪镔|(zhì)的激發(fā)光的偏振方向?qū)δ承┪镔|(zhì)的Raman光譜有很大的影響。光譜有很大的影響。研究物質(zhì)的晶向研究物質(zhì)的晶向。 初級(jí)真空初級(jí)真空液氦制冷液氦制冷溫度范圍：室溫溫度范圍：室溫10K 低溫下研究物質(zhì)的相變低溫下研究物質(zhì)的相變組成分析組成分析結(jié)構(gòu)研究結(jié)構(gòu)研究應(yīng)力研究應(yīng)力研究相變研究相變研究晶向研究晶向研究摻雜研究摻雜研究Raman 特征峰特征峰特征峰的位移特征峰的位移特征峰的半高寬特征峰的半高寬特征峰的相對(duì)強(qiáng)度特征峰的相對(duì)強(qiáng)度Raman偏振峰偏振峰最上層的最上層的Si由于受到應(yīng)力的由于受到應(yīng)力的影響，峰位偏移到影響，峰位偏移到514cm-1。

11、 GaN納米線的晶向研究。納米線的晶向研究。 J.Y.HR800 （514.5nm）5m 只有當(dāng)入射光偏振方向?yàn)橹挥挟?dāng)入射光偏振方向?yàn)閆平行于平行于001（C軸）時(shí)才會(huì)出現(xiàn)軸）時(shí)才會(huì)出現(xiàn)530和和558cm-1 偏振峰；只有偏振峰；只有當(dāng)入射光偏振方向?yàn)楫?dāng)入射光偏振方向?yàn)閆垂直于垂直于001，才會(huì)出，才會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)568cm-1 。而此時(shí)出現(xiàn)了。而此時(shí)出現(xiàn)了558和和568cm-1兩個(gè)偏兩個(gè)偏振峰，說明振峰，說明C軸與軸與Y方向有夾角（可能是方向有夾角（可能是45 ）。）。 用用 PLD 方法，在方法，在MgO 上生長上生長Fe3O4 薄膜。薄膜。 J.Y.HR800 （632.8nm） 溫度為溫

12、度為121K（Tv）時(shí)，）時(shí)，F(xiàn)e3O4 發(fā)生發(fā)生 werwey 相變。相變。溫度小于溫度小于Tv（121K）時(shí)，）時(shí)，F(xiàn)e3O4 的的A1g、T2g和振動(dòng)模和振動(dòng)模所對(duì)應(yīng)所對(duì)應(yīng)Raman特征峰的半特征峰的半高寬與峰位均發(fā)生了明顯高寬與峰位均發(fā)生了明顯的變化。的變化。 T3g特征峰的變化，可能源特征峰的變化，可能源 于它包含有其他的特征峰，于它包含有其他的特征峰，并且峰位難以確定。并且峰位難以確定。Graphene即單層石墨，是一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上即單層石墨，是一層密集的、包裹在蜂巢晶體點(diǎn)陣上的碳原子，其厚度僅有的碳原子，其厚度僅有0.335 nm 。10層以下的少層石墨具有二層以下的少層石墨具有二維特性，都可稱為石墨烯。維特性，都可稱為石墨烯。 組成成分組成成分尺寸結(jié)構(gòu)（薄尺寸結(jié)構(gòu)（薄膜厚度）膜厚度）熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性熒光熒光激光波長激光波長鏡頭型號(hào)鏡頭型號(hào)激光強(qiáng)度激光強(qiáng)度光柵光柵掃描時(shí)間掃描時(shí)間共焦孔共焦孔激光強(qiáng)度與樣品熱穩(wěn)定激光強(qiáng)度與樣品熱穩(wěn)定激光強(qiáng)度激