拉曼光譜簡介課件

RamanSpectra2019/11/8Contents背景簡介基本原理發(fā)展應(yīng)用激光拉曼表面增強拉曼2優(yōu)質(zhì)2025/2/21背景簡介1923年德國的Smeka理論上預(yù)言了光的非彈性散射。1926年印度物理學(xué)家Raman在論文中開始并沒有肯定這種散射是非彈性的，以后的許多次實驗最終證明了這種散射的非彈性,他將這種效應(yīng)稱為“一種新輻射”。1930年42歲的Raman為此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎，這是亞洲人獲得的第一個諾貝爾科學(xué)獎。3優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理瑞利散射拉曼散射4優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理5優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理經(jīng)典電磁理論：斯托克斯線Δν=ν0-（ν0-νk）=νk，反斯托克斯線Δν=ν0-（ν0+νk）=-νk其數(shù)值相等，符號相反，說明拉曼譜線對稱地分布在瑞利線的兩側(cè)式中Ias為反斯托克斯線強度，Is為斯托克斯線強度。通常ν0>>νk，則反斯托克斯線強度和斯托克斯線強度相當(dāng)，與實驗結(jié)果不符。6優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理量子理論7優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理8優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理紅外活性：如果某一簡正振動對應(yīng)的分子偶極矩變化不為零，即則是紅外活性的；反之，是紅外非活性的。拉曼活性：如果某一簡正振動對應(yīng)于分子的極化率變化不為零，即則是拉曼活性的，反之，是拉曼非活性的。9優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理互不相容原理：具有對稱中心的分子：紅外活性的振動模，拉曼非活性拉曼活性的振動模，紅外非活性紅外+拉曼→全部振動譜同核雙原子分子：紅外非活性拉曼活性非極性晶體：紅外非活性拉曼活性異核雙原子分子：紅外活性拉曼非活性極性晶體：紅外活性拉曼具體分析10優(yōu)質(zhì)2025/2/21基本原理11優(yōu)質(zhì)2025/2/21發(fā)展應(yīng)用1．分子結(jié)構(gòu)的研究拉曼光譜是一種測量分子振動的光譜技術(shù)，拉曼頻移的產(chǎn)生是基于分子振動。拉曼頻移值與分子的振動能級相對應(yīng)，而不同的振動能級起源于不同方式的振動?；衔镏械慕Y(jié)構(gòu)基團都有其特征的振動頻率，據(jù)此，可以直接鑒定化合物的結(jié)構(gòu)基團，判斷化學(xué)健的性質(zhì)及其變化。在許多化合物的拉曼譜上有長的全對稱振動泛頻系列，可以利用來進行分子振動的非諧性研究。2.定量分析中的應(yīng)用依據(jù)拉曼譜線的強度與入射光的強度和樣品分子的濃度的正比例關(guān)系，可以利用拉曼譜線來進行定量分析。12優(yōu)質(zhì)2025/2/21發(fā)展應(yīng)用半導(dǎo)體材料聚合物碳材料地質(zhì)學(xué)、礦物學(xué)、寶石鑒定生命科學(xué)醫(yī)學(xué)化學(xué)物理法庭科學(xué)：違禁品檢測、爆炸物研究、墨跡研究、子彈碎片等13優(yōu)質(zhì)2025/2/21發(fā)展應(yīng)用當(dāng)時拉曼光譜在實驗技術(shù)上有很多困難，例如拉曼散射光的強度只有原入射光強度的10-9-10-12，但與剛發(fā)展起來的紅外光譜在實驗技術(shù)上的困難相比，拉曼光譜仍不失為一種方便易行的測試方法。1946年前后，商品化的紅外分光光度計問世，使紅外光譜測試技術(shù)的方便程度大大超過了拉曼光譜，這種狀態(tài)一直持續(xù)到50年代末期。60年代初期問世的激光技術(shù)給拉曼光譜帶來了新的生機由于高分辨率，低雜色光的雙聯(lián)或三聯(lián)光柵單色儀，以及高靈敏度的光電接收系統(tǒng)（光電倍增管和光子計數(shù)器）的應(yīng)用，使拉曼光譜測量達到與紅外光譜一樣方便的水平和紅外光譜相比，拉曼光譜有制樣簡單，水的干擾小，可做活體實驗等優(yōu)點。14優(yōu)質(zhì)2025/2/21激光拉曼光譜相干拉曼散射效應(yīng)：由強激光電場誘導(dǎo)的二次以上的高階極化現(xiàn)象，散射光具有良好的方向性與相干性，故稱為相干拉曼散射．信號強度大，可比自發(fā)拉曼散射光的強度提高109量級。用相干拉曼散射進行光譜測量，發(fā)現(xiàn)了一些用自發(fā)拉受散射無法發(fā)現(xiàn)的光譜信息。Raman散射可分為：

自發(fā)Raman散射和相干Raman散射自發(fā)拉曼散射效應(yīng)：一階線性極化效應(yīng)，產(chǎn)生的散射光強度較弱15優(yōu)質(zhì)2025/2/21表面增強拉曼光譜1974年，F(xiàn)leischmann觀測到粗糙的銀電極表面吡啶分子的高強度拉曼散射信號。后來經(jīng)分析，拉曼散射強度增大了106倍。SERS具有金屬選擇性。出現(xiàn)SERS現(xiàn)象的金屬材料只有少數(shù)幾種。分別是幣族金屬金，銀，銅；堿性金屬鋰，鈉，鉀；部分過渡金屬鐵，鈷，鎳；SERS要求金屬表面有一定粗糙度。不同金屬出現(xiàn)最大SERS效應(yīng)的粗糙度不一樣。16優(yōu)質(zhì)2025/2/21拉曼干擾消除熒光干擾：由于拉曼散射光極弱，所以一旦樣品或雜質(zhì)產(chǎn)生熒光，拉曼光譜就會被熒光所淹沒。（1）純化樣品