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。

1800年，英國科學(xué)家W.Herschel在測色溫時(即波長越長，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，隨著實驗內(nèi)容的不斷深入，拉曼太弱的弱點越來越突出，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拉曼散射超拉曼共振拉曼時間分辨拉曼2023/3/2二、拉曼光譜的基本原理

1、瑞利散射一個頻率為的單色光（一般為可見光），當(dāng)不被物體吸收時，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。波長較短的光，其瑞利散射強一些。(日光中藍(lán)光的瑞利散射是紅光強度的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，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（如某一振動態(tài)）E3和E3’為該分子的受激虛態(tài)之能級。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度比較大，因此在拉曼光譜測定上習(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）

對不同物質(zhì)：′不同；

對同一物質(zhì)：對應(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伸縮振動產(chǎn)生的譜帶一般較弱或強度可變，而在拉曼光譜中則是強譜帶。3）環(huán)狀化合物的對稱伸縮振動常常是最強的拉曼譜帶。1）同種分子的非極性鍵S-S，C=C，N=N，CC產(chǎn)生強拉曼譜帶，隨單鍵雙鍵三鍵譜帶強度增加。2023/3/24）在拉曼光譜中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-這類鍵的對稱伸縮振動是強譜帶，反這類鍵的對稱伸縮振動是弱譜帶。紅外光譜與此相反。5）C-C伸縮振動在拉曼光譜中是強譜帶。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)或鍵的強度沒有很大差別。II.羥基和甲基的質(zhì)量僅相差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514.5nm,氦氖激光器，激光波長488.0nm。激光的特點：偏振光，強度大，可聚集成很細(xì)的一束。單色器：光柵，多單色器；檢測器：光電倍增管，光子計數(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）；檢測器：高靈敏度的銦鎵砷探頭；特點：（1）避免了熒光干擾；（2）精度高；（3）消除了瑞利譜線；（4）測量速度快。2023/3/2五、紅外與拉曼譜圖對比2023/3/2紅外與拉曼譜圖對比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