拉曼光谱分析ppt讲座

1、 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 2007 HORIBA, Ltd. All rights reserved.HORIBA Jobin Yvon 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.1- 1-公司简介公司简介2-2-什么是拉曼光谱技术什么是拉曼光谱技术 3-3-拉曼光谱仪工作原理拉曼光谱仪工作原理4-4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念拉曼光谱仪性能的几个重要概念5-HORIBA Jobin Yvon5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍拉曼光谱仪介绍 报告内容 2009 HORIBA, Ltd.

2、All rights reserved.1- 1-公司简介公司简介 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.n1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleiln1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvonn1997: HORIBA acquired Jobin Yvonn2004: “ One Company Project ” , Jobin Yvon became 2009 HORIBA, Ltd. All rights reser

3、ved. HORIBA Jobin Yvona member of HORIBA Scientific Jobin Yvon成立于 1819 年 总部: 法国 5大主要产品线 拉曼光谱仪椭偏光谱仪荧光光谱仪光学元件元素分析等在北京、上海、广州设有直接的分支机构北京-拉曼光谱仪应用中心公司简介 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.核心技术 : 衍射光栅等离子刻蚀全息光栅等离子刻蚀全息光栅 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.光谱仪的心脏光栅 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

4、超大面积光栅 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家（Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具有40多年的设计和生产历史。 在全球已有5000多台仪器安装，是全球最大的拉曼光谱仪制造商。全球最大拉曼光谱仪制造商 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.全系列光谱仪 多种光谱分辨率仪器可选择XPloRAXPloRAAramisAramisHR 800HR

5、 800T64000T64000U1000U1000Detector planel1l2l1l2F2= 800mmDetector planeF1=300mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.2-2-什么是拉曼光谱什么是拉曼光谱? ? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.1928 年，印度科学家C.V Raman in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Raman效应。时间和发

6、现人Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.l llaserl lscatter l llaser瑞利散射瑞利散射什么是拉曼散射?l lscatter= l llaser拉曼散射拉曼散射光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。散射光散射光 弹性散射（频率不发生改变弹性散射（频率不发生改变- -瑞利散射）瑞利散射） 非弹性散射（频率

7、发生改变非弹性散射（频率发生改变- -拉曼散射）拉曼散射） 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼散射原理 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.我们能够从拉曼光谱中得到什么信息？ 定性的信息定性的信息 : :物质鉴定、结构、晶型、结晶度等定量的信息定量的信息: :可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布 Band postionband Position shiftIntensityBand WidthRaman shift 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼是

8、物质的指纹光谱20000150001000050000500100015002000250030003500n ni = n no-n n (cm-1) 500 1000 1500 2000 2500 3000 350020000150001000050000Intensity (A.U.)OH stretchingCH3 Stretching ModesSkeletal BendingCCO modesOH BendingCH3 and CH2 Bending Modes甲醇甲醇vs. vs. 乙醇乙醇 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.GC: Gl

9、assy CarbonDC: Disordered CarbonG: microcrystalline GraphiteG: GraphiteD: Diamond 不同碳材料的拉曼光谱同样元素同样元素不同结构不同结构 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.晶化率非晶硅、多晶硅穿透深度 (nm)325nm458nm488nm非晶硅9.45381单晶硅8.2456717 在制备非晶硅或多晶硅薄过程中，不同深度处的晶化程度可能不同。 利用不同波长激光在样品中穿透深度不同，得到各深度层的信息。该样品表面为多晶硅，往深度方向晶化程度降低，逐渐变为非晶硅。200400

10、6008001 0001 2001 4001 6001 8002 0002 2002 400Intensity (cnt)350400450500550Raman Shift (cm-1) 514 480 激发波长： 325nm, 458nm, 488nm多晶硅非晶硅感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.应力测量应力测量 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.蓝宝石衬底上的GaN的应力分布 左图的颜色条给出该GaN样品

11、的E2模相对于体相GaN中该拉曼峰567.25cm-11的峰位偏移量。1 Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)53215326.仪器：LabRAM HR激发波长：514nm光栅：1800gr/mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.SiC 晶型分布-25 000-20 000-15 000-10 000-5 00005 00010 00015 00020 00025 000Y (m)-20 000-10 000010 00020 000X (m)2000 m2

12、000 m 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.0.00.51.01.52.02.53.0Intensity (cnt/sec)5001 0001 5002 000Raman Shift (cm-1)碳纳米管研究Radial Breathing ModeTube DiameterTangential Modes (G-Modes)Electronic propertiesD-band Info on defects 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.石墨烯的拉曼光谱 2009 HORIBA, Ltd. All r

13、ights reserved.石墨烯的拉曼光谱成像 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.高温原位拉曼测试可观察到强烈的黑体辐射2010年12月摄于西安交通大学 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.3-3-拉曼光谱仪的工作原理拉曼光谱仪的工作原理 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.拉曼光谱测量原理激光激光样品样品滤光片滤光片光栅光栅探测器探测器 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.4拉曼光谱仪的几个重要概念n1- 光谱分辨率n2- 灵敏

14、度n3- 共焦特性n4- 激发波长问题n5- 操作方便性 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.1-光谱分辨率 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.0.00.51.01.52.02.53.0Intensity (cnt/sec)5001 0001 5002 000Raman Shift (cm-1)碳纳米管研究Radial Breathing ModeTube DiameterTangential Modes (G-Modes)Electronic propertiesD-band Info on defects 2

15、009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.高分辨率实验结果Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diametersx103510152025303540Intensity (cnt)120140160180200220240260Raman Shift (cm-1)LabRAM HR普通分辨率LabRAM HR高分辨率模式 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.吉林大学样品01 0002 0003 0

16、004 0005 0006 0007 000Intensity (cnt)2004006008001 0001 2001 4001 6001 800Raman Shift (cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600红色：普通分辨率结果兰色：高分辨率结果190200210220230240Raman Shift (cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved. 不同分辨率测量应力实验结果 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.分辨率高 标定峰位峰面积更准确 2009 HO

17、RIBA, Ltd. All rights reserved.分辨率高 数据点多 描述峰位准确 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.影响仪器分辨率的主要因素焦长 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.全系列拉曼光谱仪 多种焦长仪器可选择XPloRAXPloRAAramisAramisHR 800HR 800T64000T64000U1000U1000Detector planel1l2l1l2F2= 800mmDetector planeF1=300mm 2009 HORIBA, Ltd. All rights re

18、served.LabRAM HR (高分辨拉曼光谱仪) 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.高分辨率光学系统长焦长 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.调节仪器分辨率的因素光栅刻线 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.800100012001400Wavenumber (cm-1)600 g/mm950 g/mm1800 g/mm使用不同光栅测量的拉曼结果布落芬布落芬(C13H18O2(C13H18O2) )拉曼光谱低、中、高分辩率的拉曼光谱拉曼光谱低、中、高分辩率的拉曼光谱

19、 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.波长范围的限制：理论上max 50%，在，在300nm处处 30% 读出噪声读出噪声 4 - 7 电子电子/像元像元 暗噪声暗噪声 0.002电子电子/秒秒/像元像元影响仪器灵敏度的因素CCDJY生产的一英寸生产的一英寸CCD探测器的技术参数探测器的技术参数 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.开放电极式CCD探测器的响应曲线 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.3-共焦特性Raman signal emitted from out of

20、 focus regionsConfocal pinholeMultilayer sampleTo the spectrometer共焦拉曼的优势: 提高纵向分辨率 (2 m) 得到更好的横向分辨率 ( 50%，在，在300nm处处 30% 暗噪声暗噪声 0.002电子电子/秒秒/像元像元 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.ConfocalPinholeLensObjective共焦技术针孔共焦 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.反射式光谱仪结构 2009 HORIBA, Ltd. All rights res

21、erved.可以配置多个激光器 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.可承重物可承重物显微镜种类可选：普通和开放式不能承重物不能承重物 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.LaRAM HR 拉曼光谱仪性能概括1- 1- 高光谱分辨率（高光谱分辨率（800mm800mm焦长焦长) )2- 一英寸高灵敏度一英寸高灵敏度CCDCCD3- 3- 针孔共焦，适合高温实验针孔共焦，适合高温实验4- 4- 主流反射式光谱仪，可以加载多个波长主流反射式光谱仪，可以加载多个波长（244, 325, 365, 441, 458, 473

22、, 488, 244, 325, 365, 441, 458, 473, 488, 514, 532, 633, 785, 830, 1064514, 532, 633, 785, 830, 1064) )5- 5- 配置灵活，操作简单配置灵活，操作简单 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.售后服务情况售后服务情况 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.国内最强大的技术支持力量 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.HJY北京拉曼光谱应用中心HJYHJY拉曼光谱应用中心一角拉曼光

23、谱应用中心一角 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.定期举办用户交流会 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.北京大学环境学院北京大学环境学院 北京大学化学院北京大学化学院 （3 3台）台）北京大学物理学院（北京大学物理学院（2 2台）台）北京大学电子学系北京大学电子学系北京大学生命科学学院北京大学生命科学学院清华大学材料学院清华大学材料学院 清华大学纳米中心清华大学纳米中心清华大学摩擦学重点实验室清华大学摩擦学重点实验室清华大学航天学院清华大学航天学院清华大学微电子学院清华大学微电子学院北京科技大学材料学院北京科技

24、大学材料学院北京工业大学北京工业大学北京航空航天大学（北京航空航天大学（2 2台）台） HORIBA Jobin Yvon的部分用户 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.中科院半导体所（中科院半导体所（7 7台台 4 4台台InGaAsInGaAs）中科院物理所中科院物理所(4 (4台台) )上海交通大学物理系上海交通大学物理系复旦大学先进材料学院复旦大学先进材料学院复旦大学化学系催化复旦大学化学系催化复旦大学分析中心复旦大学分析中心华东师大物理系（华东师大物理系（2 2台台 1 1台台InGaAsInGaAs）上海大学冶金系上海大学冶金系上海大学材料学

25、院上海大学材料学院中科院上海技术物理所中科院上海技术物理所上海师范大学化学系上海师范大学化学系上海计量测试技术研究院光学室上海计量测试技术研究院光学室HORIBA Jobin Yvon的部分拉曼用户 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.中国科技大学理化中心中国科技大学理化中心中国科技大学化学院中国科技大学化学院南京大学现代分析中心南京大学现代分析中心南京大学物理系（南京大学物理系（3 3台）台） 南京师范大学分析中心南京师范大学分析中心苏州大学苏州大学 （2 2台）台）中南大学中南大学 （2 2台）台）武汉大学分析中心武汉大学分析中心湖南大学分析中心湖南大学分析中心中科院山西煤化所（中科院山西煤化所（2 2台）台）HORIBA Jobin Yvon的部分拉曼用户 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.黑龙江大学化学学院黑龙江大学化学学院中科院