[工学]105 激光拉曼光谱法.ppt

第十章 红外光谱法和激光拉曼光谱法 10.5.1激光拉曼法光谱概述 10.5.2 激光拉曼光谱原理 10.5.3 激光拉曼光谱仪 10.5.4 激光拉曼光谱分析法的应用 10.5.1 激光拉曼光谱法概述 10.5.2 拉曼光谱原理一、 Raman散射与Raman位移 2. Raman位移 二、 Raman光谱 1. Raman光谱特点 三、 拉曼光谱选律 10.5.3 激光拉曼光谱仪（结构流程） 二、主要部件 三、傅里叶变换-拉曼光谱仪 10.5.4 激光拉曼光谱法的应用 二、 拉曼光谱的谱图特征 三、共振拉曼效应 内容选择 第五节 激光拉曼光谱法 laser Raman spectroscopy Infraredspectroscopy and Laser Raman spectroscopy Rayleigh散射： 弹性碰撞：无能量交换，仅改变方向。 Raman散射： 非弹性碰撞：方向改变且有能量交换。 Rayleigh散射 Raman散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + h?0 ， E1 + h?0 激发虚态。 （1928年印度物理学家Raman 发现，1930年获诺贝尔奖，1960年快速发展）。 h ?? E0 E1 υ=1 υ=0 h?0 h?0 h?0 h?0 + ?? E1 + h?0 E0 + h?0 h(?0 - ??) 激发虚态 1. Raman散射 Raman散射的两种跃迁能量差： ?E=h(?0 - ??) 产生stokes线；强；基态分子多。 ?E=h(?0 + ??) 产生反stokes线；弱。 Raman位移： Raman散射光与入射光频率差??。 (1) 对不同物质： ??不同。 (2) 对同一物质： ??与入射光频率无关；表征分子振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；分子振-转光谱；与红外光谱互补。 (3) Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶极矩?，即 ? = ?E ? 分子极化率，分子电子云分布改变的难易程度。 3.红外活性和拉曼活性振动 ①红外活性振动 ⅰ.永久偶极矩；极性基团。 ⅱ.瞬间偶极矩；非对称分子。 红外活性振动-伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带。 ②拉曼活性振动 诱导偶极矩 ? = ?E 非极性基团，对称分子。 拉曼活性振动-伴随有极化率变化的振动。 对称分子： 对称振动→拉曼活性。不对称振动→红外活性 E e e r CCl4的Ramam光谱图 (1) 拉曼光谱记录的是stoke 线。 (2) 测量相对单色激发光频率的位移。 把入射光频率位置作为零，频率位移(拉曼位移)的数值正好对应于分子振动或转动能级跃迁的频率。 (3) 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 (4) 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。 酮羰基的伸缩振动在红外光谱中位于1710cm-1附近，而拉曼光谱中总在（1710土3）cm-1。 2. 红外与拉曼谱图对比 红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定。 红外与拉曼谱图对比 对称中心分子CO2，CS2等，选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。 ?1 ?2 ?3 ?4 拉曼活性 红外活性 红外活性 拉曼光谱—源于极化率变化 红外光谱—源于偶极矩变化 一、结构流程 激光光源、试样池、单色器、检测器。 激光光源：He-Ne激光器，波长632.8 nm 。 Ar激光器， 波长514.5 nm，488.0 nm； 散射强度?1/?4 。 单色器： 光栅，多单色器。 检测器： 光电倍增管， 光子计数器。 光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064 ?m）。 检测器：高灵敏度的铟镓砷探头。 傅里叶变换-拉曼光谱仪特点 特点： （1）避免了荧光干扰； （2）精度高； （3）消除了瑞利谱线； （4）测量速度快。 一、拉曼光谱与红外光谱的比较 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 (1) 一般说来极性基因的振动和分子非对称振动使分子的偶极矩变化，所以是红外活性的。 (2) 非极性基因的振动和分子的全对称振动使分子极化率变化，所以是拉曼活性的。 (3)拉曼光谱最适用于研究同种原子的非极性健如 S－S，N＝N，C＝C，C≡C等的振动。 (4)红外光谱适用于研究不同种原子的极性键如 C＝O，C—H，N—H，O－H等的振动。 (5)二种光谱方法互相补充，对分子结构的鉴定红外和拉曼