材料方法-第5章-拉曼光谱ppt课件

1、第第5 5章章 拉曼拉曼(Raman)(Raman)光谱光谱 拉曼辐射实际是1923年由德国物理学家A.Smekal首先预言的，1928年印度物理学家C.V.Raman察看到苯和甲苯的效应，在此根底上开展起了拉曼光谱学。60年代激光被用作拉曼光谱的激发光源之后，由于激光的优越性，从而大大提高了拉曼散射的强度，使拉曼光谱进入了一个新时期，得到了日益广泛的运用。 他天资出众，他天资出众，1616岁大学毕业，以第一名获物理学岁大学毕业，以第一名获物理学金奖。金奖。1919岁又以优良成果获硕士学位。岁又以优良成果获硕士学位。19061906年，年，他仅他仅1818岁，就在英国著名科学杂志岁，就在英国著

2、名科学杂志 发表了发表了论文，是关于光的衍射效应的。论文，是关于光的衍射效应的。 因光散射方面的研讨任务和喇曼效应的发现，获因光散射方面的研讨任务和喇曼效应的发现，获得了得了19301930年度的诺贝尔物理学奖。年度的诺贝尔物理学奖。 一、拉曼光谱的根本概念一、拉曼光谱的根本概念1 1、瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移、瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移 碰撞碰撞弹性碰撞弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞碰撞过程中，光子与分子之间没有碰撞过程中，光子与分子之间没有能量交换，光子只改动运动方向，能量交换，光子只改动运动方向，不改动频率，称为瑞利散射。不改动频率，称为瑞利散射。碰撞过程中，光子与分子之间发生碰撞过

3、程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅改动运动方向，能量交换，光子不仅改动运动方向，而且改动频率，称为拉曼散射。而且改动频率，称为拉曼散射。斯托克斯斯托克斯(Stokes)(Stokes)线：线： 光子把一部分能量给样品分子，得到的散光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少，在垂直方向丈量到的散射光中，射光能量减少，在垂直方向丈量到的散射光中，可以检测低频率的线可以检测低频率的线反斯托克斯线：反斯托克斯线： 光子从样品分子中获得能量，在大于入射光子从样品分子中获得能量，在大于入射光频率处接纳到散射光线光频率处接纳到散射光线拉曼位移或拉曼频移位移：拉曼位移或拉曼频移位移： 斯托克斯线

4、或反斯托克斯线与入射光频率斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差之差2 2、拉曼光谱选律和选择定那么、拉曼光谱选律和选择定那么 拉曼散射光谱也同红外吸收光谱一样，遵守拉曼散射光谱也同红外吸收光谱一样，遵守E=hE=h的光谱选律。的光谱选律。 红外吸收要服从一定的选择定那么，即分子振动红外吸收要服从一定的选择定那么，即分子振动时只需伴随分子偶极矩发生变化的振动才干产生时只需伴随分子偶极矩发生变化的振动才干产生红外吸收。同样，在拉曼光谱中，分子振动要产红外吸收。同样，在拉曼光谱中，分子振动要产生位移也要服从一定的选择定那么，也就是说只生位移也要服从一定的选择定那么，也就是说只需伴随分子极化度发生

5、变化的分子振动方式才干需伴随分子极化度发生变化的分子振动方式才干具有拉曼活性，产生拉曼散射。具有拉曼活性，产生拉曼散射。 3 3、拉曼光谱图、拉曼光谱图 纵坐标为相对强度，横坐标是波数，它纵坐标为相对强度，横坐标是波数，它表示的是拉曼位移值。表示的是拉曼位移值。二、拉曼二、拉曼(Raman)(Raman)光谱根本原理光谱根本原理000透射光透射光入射光入射光散射光散射光散射是光子与分子发生碰撞的结果散射是光子与分子发生碰撞的结果拉曼光谱是研讨分拉曼光谱是研讨分子和光相互作用的子和光相互作用的散射光的频率散射光的频率光散射过程的跃迁图光散射过程的跃迁图E1E0Stokes线线Rayleigh线线

6、Anti-Stokes线线0h0h0h01h01h1h拉曼谱线拉曼谱线 斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼谱线。由于在通常情况下，分子绝大多数处于振动能级基态，所以斯托克斯线的强度远远强于反斯托克斯线。斯托克斯线斯托克斯线反斯托克斯线反斯托克斯线CCl4常见的常见的化合物化合物基团振基团振动频率动频率在红外在红外和拉曼和拉曼光谱中光谱中的强度的强度比较比较 PETPET的红外的红外a a拉曼拉曼b b光谱光谱 线型聚乙烯的红外线型聚乙烯的红外a a拉曼拉曼b b光谱光谱 三、拉曼光谱和红外光谱三、拉曼光谱和红外光谱红外光谱红外光谱拉曼光谱拉曼光谱分子在振动跃迁过程分子在振动跃迁过程中有偶极矩的

7、改动中有偶极矩的改动分子在振动跃迁过程分子在振动跃迁过程中有极化率的改动中有极化率的改动拉曼光谱和红外光谱可以相互补充拉曼光谱和红外光谱可以相互补充 对于具有对称中心的分子来说，具有对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规那么：一互斥规那么： 与对称中心有对称关系的振动，红外不与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；可见，拉曼可见； 与对称中心无对称关系的振动，红外与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。可见，拉曼不可见。红外可见，拉红外可见，拉曼不可见曼不可见拉曼可见，红拉曼可见，红外不可见外不可见HClClHCCsC CasC CsC C四、拉曼光谱的优点四、拉曼光谱的

8、优点1 1一些在红外光谱中为弱吸收的谱带，在拉曼一些在红外光谱中为弱吸收的谱带，在拉曼光谱中能够为强谱带，从而有利于这些基团的检光谱中能够为强谱带，从而有利于这些基团的检出。出。2 2拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于提供重原子的振动信息。提供重原子的振动信息。3 3对于构造的变化，拉曼光谱有能够比红外光对于构造的变化，拉曼光谱有能够比红外光谱更敏感。谱更敏感。4 4特别适宜于研讨水溶液体系。特别适宜于研讨水溶液体系。5 5比红外光谱有更好的分辨率。比红外光谱有更好的分辨率。6 6固体样品可直接测定，无需制样。固体样品可直接测定，无需制样。五、拉曼散射

9、的运用五、拉曼散射的运用 物理学，化学，资料科学，物理学，化学，资料科学，电子科学，生物生命科学，医学，电子科学，生物生命科学，医学，环境科学，地球科学，天体科学环境科学，地球科学，天体科学等。等。 拉曼散射研讨的资料涉及前景拉曼散射研讨的资料涉及前景相当宽广，可以用于研讨固体的相当宽广，可以用于研讨固体的元激发，包括极化声子，激子，元激发，包括极化声子，激子，磁振子，朗道能级等；研讨相变，磁振子，朗道能级等；研讨相变，包括铁电相变，位移型相变，有包括铁电相变，位移型相变，有序序-无序型相变，无公度相变，混无序型相变，无公度相变，混合型相变；研讨电子散射，包括合型相变；研讨电子散射，包括稀土离

10、子，施主，受主散射，等稀土离子，施主，受主散射，等离子体散射离子体散射 。1 1、拉曼光谱法在有机资料研讨中的运用、拉曼光谱法在有机资料研讨中的运用 拉曼光谱的选择定那么与分子构象拉曼光谱的选择定那么与分子构象 凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率一样的谱带，这就光谱与拉曼散射光谱没有频率一样的谱带，这就是所谓的是所谓的“相互排斥定那么。相互排斥定那么。 高分子资料的拉曼去偏振度及红外二向色性高分子资料的拉曼去偏振度及红外二向色性 聚酰胺聚酰胺66薄膜拉伸薄膜拉伸400400 激光拉曼散射光谱激光拉曼散射光谱 聚酰胺聚酰胺66薄膜被

11、拉伸薄膜被拉伸250250的红外偏振光谱的红外偏振光谱 2、复合资料形变的拉曼光谱研讨、复合资料形变的拉曼光谱研讨 聚合丁二炔衍生物聚合丁二炔衍生物的构造分析的构造分析(a)(a)丁二炔衍生物丁二炔衍生物单体及聚合物链的单体及聚合物链的构造表示图构造表示图 R R代表取代基官能代表取代基官能团团 (b) (b) 聚丁二炔单聚丁二炔单晶纤维德共振拉曼晶纤维德共振拉曼光谱光谱 (a)(a)原始原始CNTsCNTs的拉曼曲线的拉曼曲线 (b)(b)酸处置酸处置CNTsCNTs的拉曼曲线的拉曼曲线 (c)(c)酸处置结合石墨化酸处置结合石墨化CNTsCNTs的拉曼曲线的拉曼曲线 3 3、拉曼光谱法在纳米资料中的运用、拉曼光谱法在纳米资料中的运用 拉曼散射法可以基于以下的公式来丈量纳米晶粒的拉曼散射法可以基于以下的公式来丈量纳米晶粒的平均尺寸：平均尺寸： 122Bd 式中，式中，B B为一常数，为一常数，为纳米颗粒在拉曼光谱中为纳米颗粒在拉曼光谱中某一振动峰的峰位相对于同样的块体资料中该峰的某一振动峰的峰位相对于同样的块体资料中该峰的偏移量。偏移量。 ZnO的Raman光谱488nmAr激光器激发 800160024004-LO3-LO2-LO1-LOIntensity (a.u.)wav