raman光谱 简介

Raman光谱技术的发展
共振拉曼 RRS(Resonance Raman Scattering)
激光共振拉曼光谱(RRS) 产生激光频率与待测分子的 某个电子吸收峰接近或重合时, 这一分子的某个或几 个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104～ 106 倍, 并观察到正常拉曼效应中难以出现的、其强 度可与基频相比拟的振动光谱。 与正常拉曼光谱相比, 共振拉曼光谱灵敏度高, 可用于 低浓度和微量样品检测,在低浓度样品的检测和络合物 结构表征中, 发挥着重要作用，特别适用于生特大分 子样品检测。
Raman光谱的应用
用通常的拉曼光谱可以进行半导体、陶瓷等无 机材料的分析，如剩余应力分析、晶体结构解 析等。 拉曼光谱是合成高分子、生物大分子分析的重 要手段。如分子取向、蛋白质的巯基、卟啉环 等的分析。
Raman光谱的应用实例
从图中可以看出， 不同的碳材料其 拉曼光谱不同， 因此可以彼此区 分。
Raman光谱法的原理
Raman位移 拉曼散射中散射线频率与激 发光频率有一个频率差∆ν 叫做拉曼位移。 对不同物质： ∆ν不同； 对同一物质： ∆ν与入射光 频率无关，是表征分子振转能级的特征物理量其值取 决于振动激发态与振动基态 的能级差，∆ν=∆Ε⁄h。 Raman散射的产生： 光电场E中，分子产生诱 导偶极距ρ ρ = αE α 为分子极化率；
光源：Nd-YAG钇铝石榴石 激光器（1.064µm）； 检测器：高灵敏度的铟镓 砷探头； 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。 。
Raman光谱仪
微区分析装置
微区分析装置是拉曼光谱仪的一个附件，由光学显微 镜、电子摄像管、显象荧光屏、照相机等组成。可以 将局部样品的放大图显示在荧光屏上，用照相机拍摄 样品的显微图象。
Raman光谱技术的发展
高温激光拉曼光谱技术
高温激光拉曼技术被用于冶金, 玻璃, 地质化学, 晶体 生长等领域, 用它来研究固体的高温相变过程, 熔体的 键合结构等。这些测试需在高温下进行, 必须对常规 拉曼仪进行技术改造。 日本的Iguchi教授, 法国的Gillet教授等先后开发了较 先进的高温拉曼光谱测试技术。在国内, 上海钢铁冶 金技术开发应用重点实验室在原有拉曼光谱仪基础上 配置了脉冲激光光源, 时间分辨探测系统和高温炉, 实 现了达2023k 的高温控制, 并进行了二硅酸钠晶体、 玻璃及其熔体结构的拉曼光谱研究
Raman光谱法的特点
优点
拉曼光谱的常规扫描范围为40－4000cm-1。 固体粉末样品、高聚物、纤维、单晶、溶液等各种样品皆可 以做拉曼光谱。 水的拉曼光谱很弱，所以水是优良的溶剂。 有色物质和有荧光的物质难以进行测定。
Raman光谱法的特点
缺点
拉曼散射面积 不同振动峰重叠和拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素 的影响 荧光现象对傅立叶变换拉曼光谱分析的干扰 在进行傅立叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线性的问题 任何一物质的引入都会对被测体体系带来某种程度的污染， 这等于引入了一些误差的可能性，会对分析的结果产生产生 一定的影响。
Raman光谱法的原理
Rayleigh散射： 散射： 散射 激发虚态 弹性碰撞； E1 + hν0 ν 无能量交换，仅 E0 + hν0 ν 改变方向； hν0 ν Raman散射： 散射： 散射 hν0 hν ν ν0 非弹性碰撞 E1 ；方向改变且有 V=1 E0 V=0 能量交换；
Rayleigh散射 散射

h(ν0 - ∆ν ν ∆ν)
hν0 + ∆ν ν
Raman散射 h ∆ν 散射
E0基态， E1振动激发态； E0 + hν0 ， E1 + hν0 激发虚态； ν ν 获得能量后，跃迁到激发虚态.
Raman光谱法的原理
Raman散射的两种跃迁 能量差： ∆E=h(ν0 - ∆ν) 产生stokes线；强；基 态分子多； ∆E=h(ν0 + ∆ν) 产生反stokes线；弱； Raman位移： Raman散射光与入射光 频率差∆ν；
Raman光谱仪
• 激光Raman光谱仪（laser Raman spectroscopy）
激光光源
He-Ne激光器：波长632.8nm； Ar激光器：波长514.5nm， 488.0nm； 散射强度∝1/λ4
单色器
光栅，多单色器；
检测器
光电倍增管； 光子计数器。
Raman光谱仪
• 傅立叶变换-拉曼光谱仪FT-Raman spectroscopy
Raman光谱技术的发展
表面增强拉曼 SERS(Surface-Enhanced Raman Scattering)
表面增强拉曼是用通常的拉曼光谱法测定吸附在胶质金属颗粒 如银、金或铜表面的样品，或吸附在这些金属片的粗糙表面上 的样品。尽管原因尚不明朗，人们发现被吸附的样品其拉曼光 谱的强度可提高103-106倍。如果将表面增强拉曼与共振拉曼 结合，光谱强度的净增加几乎是两种方法增强的和。检测限可 低至10-9-10-12摩尔/升。表面增强拉曼主要用于吸附物种的状 态解析等。
Raman光谱法的原理
根据波尔兹曼定律,在室 温下,分子绝大多数处于 振动能级基态,所以 Stokes 线的强度会强于 anti-Stokes 线。拉曼光 谱仪记录Stokes 线。 拉曼光谱图纵坐标为谱 带强度，横坐标为拉曼 位移频率，用波数表示。
红外活性和Raman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 ρ = αE 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
Raman光谱法的原理
用单色光照射透明样品，大部分光透过而小部分光会被样品在 各个方向上散射。散射分为瑞利散射与拉曼散射两种。
1.瑞利散射 ：光子与 样品分子发生弹性碰 撞，之间没有能量交 换，散射光频率与入 射光相同，但方向可 以改变。 2.拉曼散射： 当光子 与分子发生非弹性碰 撞时，产生拉曼散射。
The End
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Raman光谱法简介
目录
Raman光谱法的发展历史 Raman光谱法的原理 Raman光谱仪 Raman光谱的特点 Raman光谱的应用 Raman光谱技术的发展
Raman光谱法的发展历史
印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现拉 曼散射效应的 1928~1940年，受到广泛的重视，是研究分子结构的主 要手段。 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈，主要是因为 拉曼效应太弱。 1960年以后，1960 年以后,红宝石激光器的出现,使得拉 曼散射的研究进入了一个全新的时期。
ν1 S ν2 ν3 ν4
C S
拉曼活性 红外活性
S C S S C S
红外光谱—源于偶极矩变化 红外光谱 源于偶极矩变化
红外活性
拉曼光谱—源于极化率变化 拉曼光谱 源于极化率变化
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。