拉曼光譜分析

1、 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 2007 HORIBA, Ltd. All rights reserved.HORIBA Jobin Yvon 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.1- 1-公司簡介公司簡介2-2-什么是拉曼光譜技術(shù)什么是拉曼光譜技術(shù) 3-3-拉曼光譜儀工作原理拉曼光譜儀工作原理4-4-拉曼光譜儀性能的幾個重要概念拉曼光譜儀性能的幾個重要概念5-HORIBA Jobin Yvon5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光譜儀介紹拉曼光譜儀介紹 報告內(nèi)容 2009 HORIBA, Ltd.

2、All rights reserved.1- 1-公司簡介公司簡介 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.n1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleiln1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvonn1997: HORIBA acquired Jobin Yvonn2004: “ One Company Project ” , Jobin Yvon became 2009 HORIBA, Ltd. All rights reser

3、ved. HORIBA Jobin Yvona member of HORIBA Scientific Jobin Yvon成立于 1819 年 總部: 法國 5大主要產(chǎn)品線 拉曼光譜儀橢偏光譜儀熒光光譜儀光學(xué)元件元素分析等在北京、上海、廣州設(shè)有直接的分支機(jī)構(gòu)北京-拉曼光譜儀應(yīng)用中心公司簡介 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.核心技術(shù) : 衍射光柵等離子刻蝕全息光柵等離子刻蝕全息光柵 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.光譜儀的心臟光柵 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

4、超大面積光柵 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.NASA對JY的航天用特殊光譜系統(tǒng)頒獎 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 拉曼部門：由三個著名的拉曼生產(chǎn)廠家（Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具有40多年的設(shè)計和生產(chǎn)歷史。 在全球已有5000多臺儀器安裝，是全球最大的拉曼光譜儀制造商。全球最大拉曼光譜儀制造商 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.全系列光譜儀 多種光譜分辨率儀器可選擇XPloRAXPloRAAramisAramisHR 800HR

5、 800T64000T64000U1000U1000Detector planel1l2l1l2F2= 800mmDetector planeF1=300mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.2-2-什么是拉曼光譜什么是拉曼光譜? ? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.1928 年，印度科學(xué)家C.V Raman in首先在CCL4光譜中發(fā)現(xiàn)了當(dāng)光與分子相互作用后，一部分光的波長會發(fā)生改變（顏色發(fā)生變化），通過對于這些顏色發(fā)生變化的散射光的研究，可以得到分子結(jié)構(gòu)的信息，因此這種效應(yīng)命名為Raman效應(yīng)。時間和發(fā)

6、現(xiàn)人Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.l llaserl lscatter l llaser瑞利散射瑞利散射什么是拉曼散射?l lscatter= l llaser拉曼散射拉曼散射光散射的過程：激光入射到樣品，產(chǎn)生散射光。光散射的過程：激光入射到樣品，產(chǎn)生散射光。散射光散射光 彈性散射（頻率不發(fā)生改變彈性散射（頻率不發(fā)生改變- -瑞利散射）瑞利散射） 非彈性散射（頻率

7、發(fā)生改變非彈性散射（頻率發(fā)生改變- -拉曼散射）拉曼散射） 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼散射原理 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.我們能夠從拉曼光譜中得到什么信息？ 定性的信息定性的信息 : :物質(zhì)鑒定、結(jié)構(gòu)、晶型、結(jié)晶度等定量的信息定量的信息: :可以通過光譜校正,得到準(zhǔn)確的應(yīng)力大小和濃度分布 Band postionband Position shiftIntensityBand WidthRaman shift 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼是

8、物質(zhì)的指紋光譜20000150001000050000500100015002000250030003500n ni = n no-n n (cm-1) 500 1000 1500 2000 2500 3000 350020000150001000050000Intensity (A.U.)OH stretchingCH3 Stretching ModesSkeletal BendingCCO modesOH BendingCH3 and CH2 Bending Modes甲醇甲醇vs. vs. 乙醇乙醇 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.GC: Gl

9、assy CarbonDC: Disordered CarbonG: microcrystalline GraphiteG: GraphiteD: Diamond 不同碳材料的拉曼光譜同樣元素同樣元素不同結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu) 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.晶化率非晶硅、多晶硅 在制備非晶硅或多晶硅薄過程中，不同深度處的晶化程度可能不同。 利用不同波長激光在樣品中穿透深度不同，得到各深度層的信息。該樣品表面為多晶硅，往深度方向晶化程度降低，逐漸變?yōu)榉蔷Ч琛?004006008001 0001 2001 4001 6001 8002 0002 2002 400

10、Intensity (cnt)350400450500550Raman Shift (cm-1) 514 480 激發(fā)波長： 325nm, 458nm, 488nm多晶硅非晶硅感謝南開大學(xué)硅薄膜太陽電池產(chǎn)學(xué)研基地，段苓偉老師提供樣品數(shù)據(jù)。*以上穿透深度由材料的消光系數(shù)計算所得 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.應(yīng)力測量應(yīng)力測量 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.藍(lán)寶石襯底上的GaN的應(yīng)力分布 左圖的顏色條給出該GaN樣品的E2模相對于體相GaN中該拉曼峰567.25cm-11的峰位偏移量。1 Samuel H.

11、 Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)53215326.儀器：LabRAM HR激發(fā)波長：514nm光柵：1800gr/mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.SiC 晶型分布-25 000-20 000-15 000-10 000-5 00005 00010 00015 00020 00025 000Y (m)-20 000-10 000010 00020 000X (m)2000 m2000 m 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.0.

12、00.51.01.52.02.53.0Intensity (cnt/sec)5001 0001 5002 000Raman Shift (cm-1)碳納米管研究Radial Breathing ModeTube DiameterTangential Modes (G-Modes)Electronic propertiesD-band Info on defects 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.石墨烯的拉曼光譜 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.石墨烯的拉曼光譜成像 2009 HORIBA, Ltd. Al

13、l rights reserved.高溫原位拉曼測試可觀察到強(qiáng)烈的黑體輻射2010年12月攝于西安交通大學(xué) 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.3-3-拉曼光譜儀的工作原理拉曼光譜儀的工作原理 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼光譜測量原理激光激光樣品樣品濾光片濾光片光柵光柵探測器探測器 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.4拉曼光譜儀的幾個重要概念n1- 光譜分辨率n2- 靈敏度n3- 共焦特性n4- 激發(fā)波長問題n5- 操作方便性 2009 HORIBA, Ltd.

14、 All rights reserved.1-光譜分辨率 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.0.00.51.01.52.02.53.0Intensity (cnt/sec)5001 0001 5002 000Raman Shift (cm-1)碳納米管研究Radial Breathing ModeTube DiameterTangential Modes (G-Modes)Electronic propertiesD-band Info on defects 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.高分辨率實(shí)驗(yàn)結(jié)果H

15、igher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diametersx103510152025303540Intensity (cnt)120140160180200220240260Raman Shift (cm-1)LabRAM HR普通分辨率LabRAM HR高分辨率模式 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.吉林大學(xué)樣品01 0002 0003 0004 0005 0006 0007 000Intensity (cnt)200400600

16、8001 0001 2001 4001 6001 800Raman Shift (cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600紅色：普通分辨率結(jié)果蘭色：高分辨率結(jié)果190200210220230240Raman Shift (cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 不同分辨率測量應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.分辨率高 標(biāo)定峰位峰面積更準(zhǔn)確 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.分辨率高 數(shù)據(jù)點(diǎn)多 描述峰位準(zhǔn)

17、確 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.影響儀器分辨率的主要因素焦長 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.全系列拉曼光譜儀 多種焦長儀器可選擇XPloRAXPloRAAramisAramisHR 800HR 800T64000T64000U1000U1000Detector planel1l2l1l2F2= 800mmDetector planeF1=300mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.LabRAM HR (高分辨拉曼光譜儀) 2009 HORIBA, Ltd.

18、All rights reserved.高分辨率光學(xué)系統(tǒng)長焦長 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.調(diào)節(jié)儀器分辨率的因素光柵刻線 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.800100012001400Wavenumber (cm-1)600 g/mm950 g/mm1800 g/mm使用不同光柵測量的拉曼結(jié)果布落芬布落芬(C13H18O2)(C13H18O2)拉曼光譜低、中、高分辯率的拉曼光譜拉曼光譜低、中、高分辯率的拉曼光譜 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.波長范圍的限制：

19、理論上max 50%，在，在300nm處處 30% 讀出噪聲讀出噪聲 4 - 7 電子電子/像元像元 暗噪聲暗噪聲 0.002電子電子/秒秒/像元像元影響儀器靈敏度的因素CCDJY生產(chǎn)的一英寸生產(chǎn)的一英寸CCD探測器的技術(shù)參數(shù)探測器的技術(shù)參數(shù) 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.開放電極式CCD探測器的響應(yīng)曲線 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.3-共焦特性Raman signal emitted from out of focus regionsConfocal pinholeMultilayer sample

20、To the spectrometer共焦拉曼的優(yōu)勢: 提高縱向分辨率 (2 m) 得到更好的橫向分辨率 ( 50%，在，在300nm處處 30% 暗噪聲暗噪聲 0.002電子電子/秒秒/像元像元 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.ConfocalPinholeLensObjective共焦技術(shù)針孔共焦 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.反射式光譜儀結(jié)構(gòu) 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.可以配置多個激光器 2009 HORIBA, Ltd. All rights re

21、served.可承重物可承重物顯微鏡種類可選：普通和開放式不能承重物不能承重物 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.LaRAM HR 拉曼光譜儀性能概括1- 1- 高光譜分辨率（高光譜分辨率（800mm800mm焦長焦長) )2- 一英寸高靈敏度一英寸高靈敏度CCDCCD3- 3- 針孔共焦，適合高溫實(shí)驗(yàn)針孔共焦，適合高溫實(shí)驗(yàn)4- 4- 主流反射式光譜儀，可以加載多個波長主流反射式光譜儀，可以加載多個波長（244, 325, 365, 441, 458, 473, 488, 244, 325, 365, 441, 458, 473, 488, 514,

22、532, 633, 785, 830, 1064)514, 532, 633, 785, 830, 1064)5- 5- 配置靈活，操作簡單配置靈活，操作簡單 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.售后服務(wù)情況售后服務(wù)情況 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.國內(nèi)最強(qiáng)大的技術(shù)支持力量 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.HJY北京拉曼光譜應(yīng)用中心HJYHJY拉曼光譜應(yīng)用中心一角拉曼光譜應(yīng)用中心一角 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.定期

23、舉辦用戶交流會 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院北京大學(xué)環(huán)境學(xué)院 北京大學(xué)化學(xué)院北京大學(xué)化學(xué)院 （3 3臺）臺）北京大學(xué)物理學(xué)院（北京大學(xué)物理學(xué)院（2 2臺）臺）北京大學(xué)電子學(xué)系北京大學(xué)電子學(xué)系北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院清華大學(xué)材料學(xué)院清華大學(xué)材料學(xué)院 清華大學(xué)納米中心清華大學(xué)納米中心清華大學(xué)摩擦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)摩擦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室清華大學(xué)航天學(xué)院清華大學(xué)航天學(xué)院清華大學(xué)微電子學(xué)院清華大學(xué)微電子學(xué)院北京科技大學(xué)材料學(xué)院北京科技大學(xué)材料學(xué)院北京工業(yè)大學(xué)北京工業(yè)大學(xué)北京航空航天大學(xué)（北京航空航天大學(xué)（2 2臺）臺） HORI

24、BA Jobin Yvon的部分用戶 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.中科院半導(dǎo)體所（中科院半導(dǎo)體所（7 7臺臺 4 4臺臺InGaAsInGaAs）中科院物理所中科院物理所(4 (4臺臺) )上海交通大學(xué)物理系上海交通大學(xué)物理系復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料學(xué)院復(fù)旦大學(xué)先進(jìn)材料學(xué)院復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系催化復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系催化復(fù)旦大學(xué)分析中心復(fù)旦大學(xué)分析中心華東師大物理系（華東師大物理系（2 2臺臺 1 1臺臺InGaAsInGaAs）上海大學(xué)冶金系上海大學(xué)冶金系上海大學(xué)材料學(xué)院上海大學(xué)材料學(xué)院中科院上海技術(shù)物理所中科院上海技術(shù)物理所上海師范大學(xué)化學(xué)系上海師范大學(xué)化學(xué)系上

25、海計量測試技術(shù)研究院光學(xué)室上海計量測試技術(shù)研究院光學(xué)室HORIBA Jobin Yvon的部分拉曼用戶 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.中國科技大學(xué)理化中心中國科技大學(xué)理化中心中國科技大學(xué)化學(xué)院中國科技大學(xué)化學(xué)院南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心南京大學(xué)物理系（南京大學(xué)物理系（3 3臺）臺） 南京師范大學(xué)分析中心南京師范大學(xué)分析中心蘇州大學(xué)蘇州大學(xué) （2 2臺）臺）中南大學(xué)中南大學(xué) （2 2臺）臺）武漢大學(xué)分析中心武漢大學(xué)分析中心湖南大學(xué)分析中心湖南大學(xué)分析中心中科院山西煤化所（中科院山西煤化所（2 2臺）臺）HORIBA Jobin Yvon的部分拉曼用戶 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.黑龍江大學(xué)化學(xué)學(xué)院黑龍江大學(xué)化學(xué)學(xué)院中科院長春物理所