材料研究方法B 應(yīng)用化學(xué)專業(yè)課程ppt Raman

2023/3/2第五部分激光拉曼光譜分析laserRamanspectroscopy2023/3/2一、拉曼的誕生與發(fā)展二、拉曼光譜基本原理三、拉曼光譜的應(yīng)用四、激光拉曼光譜儀五、紅外與拉曼比較主要內(nèi)容2023/3/2一、拉曼的誕生與發(fā)展由于存在紅外非活性的問題，因此人們又繼續(xù)研究探索，在1928年的時(shí)候，由印度科學(xué)家V.C.Raman發(fā)現(xiàn)了拉曼效應(yīng)，并獲得1930年度Nobel物理獎(jiǎng)。

1800年，英國(guó)科學(xué)家W.Herschel在測(cè)色溫時(shí)(即波長(zhǎng)越長(zhǎng)，所具有的溫度越高)，發(fā)現(xiàn)了紅外光，Infra－Red。2023/3/220年代，拉曼光譜曾經(jīng)是研究分子的重要手段；40年代后期，隨著實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不斷深入，拉曼太弱的弱點(diǎn)越來越突出，加之紅外光譜的迅速發(fā)展，拉曼光譜的應(yīng)用研究地位一落千丈；1960年，激光問世，拉曼光譜具有新型光源，散射強(qiáng)度顯著提高，再次得到廣泛應(yīng)用。 拉曼散射與紅外吸收相互補(bǔ)充，二者結(jié)合，成為材料結(jié)構(gòu)研究的重要手段。2023/3/2近年來發(fā)展的拉曼新技術(shù)：傅立葉變換拉曼光譜儀表面增強(qiáng)拉曼散射超拉曼共振拉曼時(shí)間分辨拉曼2023/3/2二、拉曼光譜的基本原理

1、瑞利散射一個(gè)頻率為的單色光（一般為可見光），當(dāng)不被物體吸收時(shí)，大部分將保持原來的方向穿過物體，但大約有1/105——1/103的光被散射到各個(gè)方向。并且在與入射光垂直的方向，可以看到這種散射光。

1871年科學(xué)家Rayleigh發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象，因此稱之為瑞利散射。

該種散射為彈性碰撞，光的頻率不變。波長(zhǎng)較短的光，其瑞利散射強(qiáng)一些。(日光中藍(lán)光的瑞利散射是紅光強(qiáng)度的10倍)。2023/3/2

2、拉曼散射當(dāng)單色光照射在樣品上，發(fā)生瑞利散射的同時(shí)，總發(fā)現(xiàn)有1％左右的散射光頻率與入射光不同。把頻率與入射光頻率不等的這部分效應(yīng)命名為拉曼效應(yīng)（喇曼效應(yīng)）。2023/3/2E1為分子的基態(tài)；E2為除基態(tài)以外的某一能級(jí)（如某一振動(dòng)態(tài)）E3和E3’為該分子的受激虛態(tài)之能級(jí)。3、拉曼散射基本原理光子2023/3/2（1）處于基態(tài)E1的分子受入射光子h0的激發(fā)，躍遷到受激虛態(tài)E3，而后又回到基態(tài)E1?；蛘逧2的分子激發(fā)到E3’，很快又回到E2，這兩種情況下，能量都沒有改變，這種彈性碰撞稱之為瑞利散射，散射光的波數(shù)等于入射光的波數(shù)。光子2023/3/2（2）處于基態(tài)E1的分子受激發(fā)，躍遷到受激虛態(tài)E3，而后又回到基態(tài)E2（而非E1）。分子的能量增加了E2－E1＝h‘，而散射光的能量減少了h‘

。散射波的波數(shù)等于0-’這種非彈性碰撞稱之為斯托克斯散射（Stokes）。光子2023/3/2（3）處于E2的分子受激發(fā)，躍遷到受激虛態(tài)E3’，而后又回到E1。分子的能量減少了E2－E1＝h‘，則散射光的能量增加了h‘

。散射波的波數(shù)等于0＋’這種非彈性碰撞稱之為反斯托克斯散射（Anti－Stokes）。光子2023/3/2斯托克斯散射和反斯托克斯散散統(tǒng)稱為拉曼散射。由于通常情況下，分子大多處于基態(tài)，因此反斯托克斯散射的強(qiáng)度比較大，因此在拉曼光譜測(cè)定上習(xí)慣采用反斯托克斯散射。ANTI-STOKES

0+

′RayleighSTOKES

0-

′

02023/3/22023/3/2Raman位移拉曼位移：′(頻率之差）

對(duì)不同物質(zhì)：′不同；

對(duì)同一物質(zhì)：對(duì)應(yīng)的斯托克斯和反斯托克斯線的′相等；′與入射光頻率無關(guān)，是表征分子振-轉(zhuǎn)能級(jí)的特征物理量進(jìn)行定性與結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)。2023/3/2三、拉曼光譜的應(yīng)用

applicationsofRamanspectroscopy

由拉曼光譜可以獲得有機(jī)化合物的各種結(jié)構(gòu)信息：2）紅外光譜中，由CN，C=S，S-H伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶一般較弱或強(qiáng)度可變，而在拉曼光譜中則是強(qiáng)譜帶。3）環(huán)狀化合物的對(duì)稱伸縮振動(dòng)常常是最強(qiáng)的拉曼譜帶。1）同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，CC產(chǎn)生強(qiáng)拉曼譜帶，隨單鍵雙鍵三鍵譜帶強(qiáng)度增加。2023/3/24）在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)是強(qiáng)譜帶，反這類鍵的對(duì)稱伸縮振動(dòng)是弱譜帶。紅外光譜與此相反。5）C-C伸縮振動(dòng)在拉曼光譜中是強(qiáng)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(qiáng)度沒有很大差別。II.羥基和甲基的質(zhì)量?jī)H相差2單位。III.與C-H和N-H譜帶比較，O-H拉曼譜帶較弱。2023/3/22941，2927cm-1

ASCH22854cm-1

SCH21029cm-1

（C-C）803cm-1環(huán)1444，1267cm-1

CH22023/3/23060cm-1r-H)1600,1587cm-1c=c)苯環(huán)1000cm-1環(huán)呼吸787cm-1環(huán)變形1039,1022cm-1單取代2023/3/2四、激光Raman光譜儀

laserRamanspectroscopy2023/3/2激光光源：氬離子激光器，激光波長(zhǎng)514.5nm,氦氖激光器，激光波長(zhǎng)488.0nm。激光的特點(diǎn)：偏振光，強(qiáng)度大，可聚集成很細(xì)的一束。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；儀器結(jié)構(gòu)2023/3/2傅立葉變換-拉曼光譜儀FT-Ramanspectroscopy光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器（1.064m）；檢測(cè)器：高靈敏度的銦鎵砷探頭；特點(diǎn)：（1）避免了熒光干擾；（2）精度高；（3）消除了瑞利譜線；（4）測(cè)量速度快。2023/3/2五、紅外與拉曼譜圖對(duì)比2023/3/2紅外與拉曼譜圖對(duì)比2023/3/2Nylonhydrophile2023/3/2拉曼光譜紅外光譜發(fā)射光譜吸收光譜頻譜范圍10－4500cm－1頻譜