拉曼分析测试技术.ppt

拉曼光谱分析测试技术 目录 1、 拉曼散射效应的发展历程 2、 拉曼散射的基本原理 3、 拉曼光谱图及其主要参数 4、 拉曼光谱仪 1 5、 拉曼光谱分析应用 6、 结 论 1928 年，印度科学家拉曼（C.V Raman）首先在CCl4光谱中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信息，因此这种效应命名为拉曼效应。 1、拉曼散射效应的发展历程 图1-1 印度科学家拉曼 图1-2 早期的拉曼散射检测设备 2 3 20世纪40年代，红外吸收光谱术迅速发展普及，拉曼光谱术一度成为受到限制的特殊技术； 20世纪60年代，PMT记录光谱、激光光源的引入，促使了拉曼光谱术的应用； 20世纪70年代，纤维拉曼光谱术已能对1μm2的小面积和1μm3小体积做分子振动的分析，观察到对拉曼散射做出贡献的试样小球的形貌； 20世纪80年代，纤维光学探针的引入，实现对远距离拉曼仪的试样进行测试； 过去几十年来最重要的进展，就是傅里叶变换拉曼光谱术、CCD检测器的引用，拉曼光谱的测试更加快速和准确。 ?laser ?scatter ≠ ?laser 瑞利散射 2-1 什么是拉曼散射 ?scatter= ?laser 拉曼散射 散射光 弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射） 非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射） 2、拉曼散射的基本原理 4 图2-1 激光照射到样品后的散射图 瑞利散射：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向； 拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； 图2-2 瑞利散射能级跃迁 图2-3 拉曼散射能级跃迁 h ?? E0 E1 V=1 V=0 h?0 h?0 h?0 h?0 + ?? E1 + h?0 E0 + h?0 h(?0 - ??) 激发虚态 5 拉曼散射的两种跃迁能量差： ?E=h(?0 - ??) 产生斯托克斯线；强；基态分子多； ?E=h(?0 + ??) 产生反斯托克斯线；弱；激发态分子少； h(?0 + ??) E0 E1 V=1 V=0 E1 + h?0 E2 + h?0 h ?? h?0 h(?0 - ??) 2-2 拉曼散射的两种能量跃迁形式 6 图2-4 拉曼散射的两种能级跃迁图 3、拉曼光谱及其主要参数 以CCl4的拉曼光谱图为例，从图3-1中可见，拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以波数表示，纵坐标为拉曼光强。由于拉曼位移与激发光无关，一般仅用斯托克斯位移部分。对发荧光的分子，有时用反斯托克斯位移。 图3-1 CCl4的拉曼光谱图 3-1 Cl4的拉曼光谱图 7 3-2 拉曼参数 拉曼频移： 即拉曼位移，一般用斯托克斯位移表示， 对不同物质不同，对同一物质，与入射光频率无关；它是表征分子振-转能级的特征物理量，同时也是定性与结构分析的依据。 拉曼散射的偏振： 光电场作用于电子云的力是位于垂直于光传播方向的平面上。平面上该力的方向可用一个矢量来表示，矢量的振幅在正负值之间正弦振荡。矢量所指的方向叫做光的偏振方向。 8 图3-2 样品分子对激光的散射和去偏振示意图 拉曼峰的强度 ： 拉曼散射强度IR可用下式表达： 所以，拉曼散射强度正比于被激发光照明的分子数。这是应用拉曼光谱术进行定量分析的基础。拉曼散射强度也正比于入射光强度和（v0-v）4。 IL-激发光强度 ；N-散射分子数 v-分子振动频率 ；v0-激光频率 μ-振动原子的折合质量； α‘a-极化率张量的平均值不变量； γ’a-极化率张量的有向性不变量 9 拉曼不活性： 仅仅考虑一个分子的对称性质和其中一种振动，就有可能判定来自该振动的拉曼散射强度必定等于零。这种振动称为拉曼不活性的或禁戒的。非拉曼不活性的振动称为拉曼活性的或许可的。 拉曼选择规则说明什么样的振动跃迁是许可的。对一种理想的分子振动，谐振的选择规则是△v=±1，式中v为振动能级，振动非谐性产生弱拉曼峰，称为泛音，它扰乱了选择规则。只要确定分子的对称性，就能从适当的表格中得知有关振动是允许的还是禁戒的。 10 振动频率和转动频率： 双原子分子情况——振动情况较简单，只有一个振动自由度。如氧分