激光拉曼課件

1、激光拉曼光譜-LRS趙銀蘋201502051激光拉曼光譜-LRS一、背景及原理 1、創(chuàng)始人拉曼簡(jiǎn)介1 2、拉曼效應(yīng)的發(fā)展二、儀器構(gòu)造三、應(yīng)用 1、催化上的應(yīng)用 2、生物上的應(yīng)用四、拉曼與紅外LRS的背景及原理1、創(chuàng)始人拉曼簡(jiǎn)介 又譯喇曼2（Sir Chandrasekhara Venkata Raman, 1888-1970）出身于印度，父親是大學(xué)數(shù)學(xué)教師，從小培養(yǎng)他對(duì)音樂(lè)和樂(lè)器的愛(ài)好。16歲大學(xué)畢業(yè)，18歲發(fā)表論文，19歲碩士畢業(yè)。 由于生病，之后考的是會(huì)計(jì)行業(yè),以第一名的成績(jī)獲得會(huì)計(jì)助理職位，工作出色但是依然工作之余不忘科研。 因光散射方面的研究工作和喇曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，獲得了1930年度的諾

2、貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 2、拉曼效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)LRS的背景及原理 2、拉曼效應(yīng)的發(fā)展3拉曼散射效應(yīng)的進(jìn)展：拉曼散射效應(yīng)是印度物理學(xué)家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次發(fā)現(xiàn)的，本人也因此榮獲1930年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 19281940年，受到廣泛的重視，曾是研究分子結(jié)構(gòu)的主要手段。這是因?yàn)榭梢?jiàn)光分光技術(shù)和照相感光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的緣故；19401960年，拉曼光譜的地位一落千丈。主要是因?yàn)槔?yīng)太弱（約為入射光強(qiáng)的10-6），并要求被測(cè)樣品的體積必須足夠大、無(wú)色、無(wú)塵埃、無(wú)熒光等等。所以到40年代中期，紅外技術(shù)的進(jìn)步和商品化更使拉曼光譜的應(yīng)用一度衰落；1960年以后，激光技術(shù)的發(fā)展使拉曼技術(shù)得以

3、復(fù)興。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等優(yōu)點(diǎn)，成為拉曼光譜的理想光源。隨探測(cè)技術(shù)的改進(jìn)和對(duì)被測(cè)樣品要求的降低，目前在物理、化學(xué)、醫(yī)藥、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域拉曼光譜得到了廣泛的應(yīng)用，越來(lái)越受研究者的重視。1. Raman光譜特點(diǎn)1. Raman光譜特點(diǎn)(1) 拉曼光譜記錄的是stoke 線。(2) 測(cè)量相對(duì)單色激發(fā)光頻率的位移。 把入射光頻率位置作為零，頻率位移(拉曼位移)的數(shù)值正好對(duì)應(yīng)于分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷的頻率。(3) 激發(fā)光是可見(jiàn)光，在可見(jiàn)光區(qū)測(cè)分子振動(dòng)光譜。(4) 拉曼光譜中的基團(tuán)振動(dòng)頻率和紅外光譜相同。 酮羰基的伸縮振動(dòng)在紅外光譜中位于1710cm-1附近，而拉曼光譜中總在（1710土3

4、）cm-1。 結(jié)構(gòu)流程激光光源、試樣池、單色器、檢測(cè)器。主要部件 He-Ne激光器，波長(zhǎng)632.8 nm 。 Ar激光器， 波長(zhǎng)514.5 nm，488.0 nm； 散射強(qiáng)度1/4 。單色器： 光柵，多單色器。檢測(cè)器： 光電倍增管， 光子計(jì)數(shù)器。 激光光源： 目前光譜儀主要有：色散型拉曼光譜儀、傅里葉變換-拉曼光譜儀、便捷式拉曼光譜儀、共焦顯微拉曼光譜儀等6。 實(shí)際上拉曼散射信號(hào)非常弱，通常是入射光的一萬(wàn)分之一或者更弱，所以以前拉曼光譜儀非常復(fù)雜。目前儀器大多進(jìn)行了改進(jìn)一般用連續(xù)波激光器6、脈沖激光器來(lái)增強(qiáng)散射信號(hào)。 此外增強(qiáng)拉曼效應(yīng)還可以采用共振散射7、表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)7。LRS

5、的儀器構(gòu)造LRS的儀器構(gòu)造1、催化上的應(yīng)用 拉曼光譜是鑒定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的有力工具，而傳統(tǒng)的拉曼光譜在可見(jiàn)區(qū)極易產(chǎn)生熒光，而熒光的強(qiáng)度是拉曼強(qiáng)度幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)倍，因此常規(guī)拉曼嚴(yán)重受到熒光的干擾8。 在催化研究中尤為突出，因?yàn)榇呋瘎┍砻鏄O易產(chǎn)生熒光特別是碳?xì)浠衔锓N存在時(shí)，表面熒光非常強(qiáng)，特別是在石油化工催化工程中不可避免產(chǎn)生各種碳?xì)湮锓N9。 LRS的應(yīng)用 對(duì)催化裂化汽油11進(jìn)行選擇性加氫脫硫是生產(chǎn)低硫汽油的重要技術(shù)加氫脫硫催化劑活性金屬的存在形態(tài)直接關(guān)系到催化劑的活性和選擇性。利用激光拉曼光譜方法研究一些加氫脫硫催化劑。通過(guò)拉曼峰的歸屬給出其活性組元的存在形態(tài)，合理的分峰給出活性金屬各種存在形式的

6、含量及其在載體表面的分散狀態(tài)，可以得出催化活性的高低12。LRS的應(yīng)用LRS的應(yīng)用 2、生物上的應(yīng)用 拉曼光譜具有靈敏度高、所需樣品濃度低(10-310-6molL)、反映信息量大以及不受水溶劑的干擾等優(yōu)點(diǎn)13，此外還可以針對(duì)復(fù)雜分子的不同生色團(tuán)選擇性的共振激發(fā)(生物分子在250750 nm范圍內(nèi)有較強(qiáng)的吸收譜帶)，因此拉曼光譜被廣泛用于研究DNA、膽色素、卟啉等生物分子的結(jié)構(gòu)表征及其與藥物分子的相互作用14。 特別是眼球晶體、皮膚及癌組織等生物組織切片，可以不處理直接進(jìn)行測(cè)定。生物上一般適合用傅里葉變換-拉曼光譜儀，具有高分辨等優(yōu)點(diǎn)15。 拉曼與紅外的差別163.紅外活性和拉曼活性振動(dòng)紅外活

7、性振動(dòng) .永久偶極矩；極性基團(tuán)。 .瞬間偶極矩；非對(duì)稱分子。紅外活性振動(dòng)-伴有偶極矩變化的振動(dòng)可以產(chǎn)生紅外吸收譜帶。拉曼活性振動(dòng) 誘導(dǎo)偶極矩 = E 非極性基團(tuán)，對(duì)稱分子。 拉曼活性振動(dòng)-伴隨有極化率變化的振動(dòng)。 對(duì)稱分子： 對(duì)稱振動(dòng)拉曼活性。不對(duì)稱振動(dòng)紅外活性 Eeer拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較(1) 一般說(shuō)來(lái)極性基因的振動(dòng)和分子非對(duì)稱振動(dòng)使分子的偶極矩變化，所以是紅外活性的。(2) 非極性基因的振動(dòng)和分子的全對(duì)稱振動(dòng)使分子極化率變化，所以是拉曼活性的。(3)拉曼光譜最適用于研究同種原子的非極性健如 SS，NN，CC，CC等的振動(dòng)。(4)紅外光譜適用于研究不同種原子的極性鍵如 CO，CH

8、，NH，OH等的振動(dòng)。(5)二種光譜方法互相補(bǔ)充，對(duì)分子結(jié)構(gòu)的鑒定紅外和拉曼是兩種相互補(bǔ)充而不能代替的光譜方法。二、 拉曼光譜的譜圖特征1）同種原子非極性鍵SS，CC，NN，CC, 強(qiáng)拉曼譜帶， 隨單鍵雙鍵三鍵譜帶強(qiáng)度增加2）紅外光譜中，由CN，CS，SH伸縮振動(dòng)的譜帶較弱或強(qiáng)度可變，而拉曼光譜中則是強(qiáng)譜帶3）強(qiáng)極性基團(tuán)在拉曼中是弱譜帶如極性基因CO在紅外中是強(qiáng)譜帶，而在Raman中是弱譜帶。由拉曼光譜可以獲得有機(jī)化合物的各種結(jié)構(gòu)信息：紅外光譜：基團(tuán)；拉曼光譜：分子骨架測(cè)定。拉曼與紅外的差別17拉曼與紅外的差別17拉曼光譜1600cm-1,1587cm-1 c=c)苯環(huán);787 cm-1環(huán)變形

9、儀器使用中的注意事項(xiàng)1.保證使用環(huán)境：具備暗室條件；無(wú)強(qiáng)震動(dòng) 源、無(wú)強(qiáng)電磁干擾；不可受陽(yáng)光直射。2.光學(xué)器件表面有灰塵，不允許接觸擦拭， 可用氣球小心吹掉。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束，首先取出樣品，關(guān)斷電源。4.注意激光器電源開(kāi)、關(guān)機(jī)的順序正好相反。參考文獻(xiàn)12Christy A A，Egeberg P KQuantitative determination of saturated and unsaturated fatty acids in edible oils by infrared spectroscopy and chemometricsJ.hemometr.Intell.Lab2006，82(

10、卜2)：130-1363趙金濤，徐存英，段云彪，等痕跡走私海洛因顯微拉曼測(cè)試分析光譜學(xué)與光譜分析J2002，22(4)：588-5904梁二軍，張鵬翔核黃素銀溶膠體體系的吸收光譜和表面增強(qiáng)共振拉曼光譜物理學(xué)報(bào)J，1991，40(2)：198-2035張鵬翔物性的光散射研究J物理，1988，16(8)：505-5126A Mahadev-Jamen，R Riehard-Kortum，J Biomedopt，1996.7Christy A A;Egeberg P K Quantitative determination of saturated and unsaturated fatty acid

11、s in edible oils by infrared spectroscopy and chemometrics 2006(1-2).8陸峰;吳玉田;柴逸峰食品(藥品)安全時(shí)代的分子光譜法期刊論文-生命科學(xué)儀器 2007(11).9Weaver M J Raman and infrared spectroscopies as in situ probes of catalytic adsorbate chemistry at electrochemical and related metal-gas interfaces:Some perspectives and prospects 19

12、99(1-2).10呂九如;張志琪;萬(wàn)家亮.分析化學(xué) 2001.參考文獻(xiàn)11. 趙亞佩.陳寧拉曼光譜無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用期刊論文-數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志2011,24(5).12胡繼明 激光拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)議論文-2006.13 方立銘.FANG Li-ming 激光拉曼光譜在白內(nèi)障研究中的應(yīng)用期刊論文-醫(yī)學(xué)綜述2011,17(10).14胡繼明 拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用會(huì)議論文-200315 潘志方.鄧獻(xiàn).Pan Zhifang.Zheng Xian 光譜診斷技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用期刊論文-大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)2007,20(3).16胡繼明.沈愛(ài)國(guó).謝微拉曼光譜在生物醫(yī)學(xué)分析中的應(yīng)用會(huì)議論文-2009.17姚淑霞 光譜技術(shù)應(yīng)用于乳腺癌診斷的研究學(xué)位論文-2004.18馬楓茹 拉曼光譜在血清、黑素瘤及R6G單分子檢測(cè)中的應(yīng)用學(xué)位論文-2007.19.GXiong，Can Li，ZFeng，Ying，O-Xin and J-LiuJCatal-186，234(1999).20.GXiongFeng，