材料研究方法b（化學(xué)專業(yè)）rama

第五部分激光拉曼光譜分析laserRamanspectroscopy2023/10/16整理ppt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2023/10/16整理ppt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。2023/10/16整理ppt20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。2023/10/16整理ppt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間分辨拉曼2023/10/16整理ppt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(qiáng)一些。(日光中藍(lán)光的瑞利散射是紅光強(qiáng)度的10倍)。2023/10/16整理ppt

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)）。2023/10/16整理pptE1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2023/10/16整理ppt（1）處于基態(tài)E1的分子受入射光子h

0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2023/10/16整理ppt（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2023/10/16整理ppt（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2023/10/16整理ppt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，因此在拉曼光譜測定上習(xí)慣采用反斯托克斯散射。ANTI-STOKES

0+

′RayleighSTOKES

0-

′

02023/10/16整理ppt2023/10/16整理pptRaman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)。2023/10/16整理ppt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)狀化合物的對稱伸縮振動常常是最強(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。2023/10/16整理ppt4）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(qiáng)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(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。2023/10/16整理ppt2941，2927cm-1

ASCH22854cm-1

SCH21029cm-1

（C-C）803cm-1環(huán)1444，1267cm-1

CH22023/10/16整理ppt3060cm-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2023/10/16整理ppt四、激光Raman光譜儀

laserRamanspectroscopy2023/10/16整理ppt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(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；檢測器：光電倍增管，光子計(jì)數(shù)器；儀器結(jié)構(gòu)2023/10/16整理ppt傅立葉變換-拉曼光譜儀FT-Ramanspectroscopy光源：Nd-YAG釔鋁石榴石激光器（1.064

m）；檢測器：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）測量速度快。2023/10/16整理ppt五、紅外與拉曼譜圖對比2023/10/16整理ppt紅外與拉曼譜圖對比2023/10/16整理pptNylonhydrophile2023/10/16整理ppt拉曼光譜紅外光譜發(fā)射光譜吸收光譜頻譜范圍10－4500cm－1頻譜范圍200－