高分子材料分析技術(shù)課件：激光拉曼光譜 -

高分子材料分析技術(shù)1.1什么是拉曼光譜1.2激光拉曼光譜的原理1.3激光拉曼光譜的應(yīng)用1.4激光Raman光譜儀激光拉曼光譜法1.1.1什么是拉曼效應(yīng)?時(shí)間和發(fā)現(xiàn)人?1928年，印度科學(xué)家C.VRamanin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(zhǎng)會(huì)發(fā)生改變（顏色發(fā)生變化），通過(guò)對(duì)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)。激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.1什么是拉曼效應(yīng)?光散射的過(guò)程：激光入射到樣品，產(chǎn)生散射光。散射光彈性散射（頻率不發(fā)生改變-瑞利散射）非彈性散射（頻率發(fā)生改變-拉曼散射）激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.1什么是拉曼效應(yīng)?激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.2拉曼光譜給出的信息不同材料的拉曼光譜有各自不同于其它材料的特征的光譜——特征譜。特征譜為表征和鑒別材料提供了指紋。為光譜學(xué)和材料物性研究打下基礎(chǔ)。激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.2拉曼光譜給出的信息激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.2拉曼光譜給出的信息激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.2拉曼光譜給出的信息激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.3拉曼光譜的特征激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜1.1.3選擇合適的激發(fā)波長(zhǎng)激光拉曼光譜法1.1什么是拉曼光譜激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理瑞利散射拉曼散射

h

E0E1V=1V=0h

0h

0h

0h

0

+

E1+h

0E0+h

0h(

0

-

)激發(fā)虛態(tài)E0基態(tài)，

E1振動(dòng)激發(fā)態(tài)；

E0+h

0

，

E1+h

0

激發(fā)虛態(tài)；獲得能量后，躍遷到激發(fā)虛態(tài).（1928年印度物理學(xué)家RamanCV發(fā)現(xiàn)；1960年快速發(fā)展）1.2.1瑞利散射和拉曼散射激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理Raman散射Raman散射的兩種躍遷能量差：

E=h(

0-

)產(chǎn)生stokes線(xiàn)；強(qiáng)；基態(tài)分子多；

E=h(

0+

)產(chǎn)生反stokes線(xiàn)；弱；Raman位移：Raman散射光與入射光頻率差；ANTI-STOKES

0-

RayleighSTOKES

0+

0h(

0

+

)E0E1V=1V=0E1+h

0E2+h

0

h

h

0h(

0

-

)Raman位移對(duì)不同物質(zhì)：

不同；對(duì)同一物質(zhì)：

與入射光頻率無(wú)關(guān)；表征分子振-轉(zhuǎn)能級(jí)的特征物理量；定性與結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)；

Raman散射的產(chǎn)生：光電場(chǎng)E中，分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極距

=E

分子極化率；激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理紅外活性和拉曼活性振動(dòng)激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理①紅外活性振動(dòng)

ⅰ永久偶極矩；極性基團(tuán)；

ⅱ瞬間偶極矩；非對(duì)稱(chēng)分子；②拉曼活性振動(dòng)

誘導(dǎo)偶極矩

=E

非極性基團(tuán)，對(duì)稱(chēng)分子；拉曼活性振動(dòng)—伴隨有極化率變化的振動(dòng)。對(duì)稱(chēng)分子：對(duì)稱(chēng)振動(dòng)→拉曼活性。不對(duì)稱(chēng)振動(dòng)→紅外活性

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.Eeer紅外與拉曼譜圖對(duì)比激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理紅外光譜：基團(tuán)；拉曼光譜：分子骨架測(cè)定；紅外與拉曼譜圖對(duì)比激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理選律激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理

1

2

3

4拉曼活性紅外活性紅外活性拉曼光譜—源于極化率變化紅外光譜—源于偶極矩變化

對(duì)稱(chēng)中心分子CO2，CS2等，選律不相容。無(wú)對(duì)稱(chēng)中心分子（例如SO2等），三種振動(dòng)既是紅外活性振動(dòng)，又是拉曼活性振動(dòng)。拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較激光拉曼光譜法1.2激光拉曼光譜的原理1.2.2基本原理1.3激光拉曼光譜的應(yīng)用激光拉曼光譜法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(chēng)呼吸振動(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。4）在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類(lèi)鍵的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)是強(qiáng)譜帶，反這類(lèi)鍵的對(duì)稱(chēng)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(méi)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。1.3激光拉曼光譜的應(yīng)用激光拉曼光譜法1.3激光拉曼光譜的應(yīng)用激光拉曼光譜法2941，2927cm-1

ASCH22854cm-1

SCH21029cm-1

（C-C）803cm-1環(huán)呼吸

1444，1267cm-1

CH21.3激光拉曼光譜的應(yīng)用激光拉曼光譜法3060cm-1

r-H)1600,1587cm-1

c=c)苯環(huán)1000cm-1環(huán)呼吸787cm-1環(huán)變形1039,1022cm-1單取代1.4激光Raman光譜儀激光拉曼光譜法激光光源：He-Ne激光器，波長(zhǎng)632.8nm；

Ar激光器，

波長(zhǎng)514.5nm，

488.0nm；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；傅立葉變換-拉曼光譜儀1