材料研究方法B 应用化学专业课程ppt Raman

2023/3/2第五部分激光拉曼光谱分析laserRamanspectroscopy2023/3/2一、拉曼的诞生与发展二、拉曼光谱基本原理三、拉曼光谱的应用四、激光拉曼光谱仪五、红外与拉曼比较主要内容2023/3/2一、拉曼的诞生与发展由于存在红外非活性的问题，因此人们又继续研究探索，在1928年的时候，由印度科学家V.C.Raman发现了拉曼效应，并获得1930年度Nobel物理奖。

1800年，英国科学家W.Herschel在测色温时(即波长越长，所具有的温度越高)，发现了红外光，Infra－Red。2023/3/220年代，拉曼光谱曾经是研究分子的重要手段；40年代后期，随着实验内容的不断深入，拉曼太弱的弱点越来越突出，加之红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的应用研究地位一落千丈；1960年，激光问世，拉曼光谱具有新型光源，散射强度显著提高，再次得到广泛应用。 拉曼散射与红外吸收相互补充，二者结合，成为材料结构研究的重要手段。2023/3/2近年来发展的拉曼新技术：傅立叶变换拉曼光谱仪表面增强拉曼散射超拉曼共振拉曼时间分辨拉曼2023/3/2二、拉曼光谱的基本原理

1、瑞利散射一个频率为的单色光（一般为可见光），当不被物体吸收时，大部分将保持原来的方向穿过物体，但大约有1/105——1/103的光被散射到各个方向。并且在与入射光垂直的方向，可以看到这种散射光。

1871年科学家Rayleigh发现了这种现象，因此称之为瑞利散射。

该种散射为弹性碰撞，光的频率不变。波长较短的光，其瑞利散射强一些。(日光中蓝光的瑞利散射是红光强度的10倍)。2023/3/2

2、拉曼散射当单色光照射在样品上，发生瑞利散射的同时，总发现有1％左右的散射光频率与入射光不同。把频率与入射光频率不等的这部分效应命名为拉曼效应（喇曼效应）。2023/3/2E1为分子的基态；E2为除基态以外的某一能级（如某一振动态）E3和E3’为该分子的受激虚态之能级。3、拉曼散射基本原理光子2023/3/2（1）处于基态E1的分子受入射光子h0的激发，跃迁到受激虚态E3，而后又回到基态E1。或者E2的分子激发到E3’，很快又回到E2，这两种情况下，能量都没有改变，这种弹性碰撞称之为瑞利散射，散射光的波数等于入射光的波数。光子2023/3/2（2）处于基态E1的分子受激发，跃迁到受激虚态E3，而后又回到基态E2（而非E1）。分子的能量增加了E2－E1＝h‘，而散射光的能量减少了h‘

。散射波的波数等于0-’这种非弹性碰撞称之为斯托克斯散射（Stokes）。光子2023/3/2（3）处于E2的分子受激发，跃迁到受激虚态E3’，而后又回到E1。分子的能量减少了E2－E1＝h‘，则散射光的能量增加了h‘

。散射波的波数等于0＋’这种非弹性碰撞称之为反斯托克斯散射（Anti－Stokes）。光子2023/3/2斯托克斯散射和反斯托克斯散散统称为拉曼散射。由于通常情况下，分子大多处于基态，因此反斯托克斯散射的强度比较大，因此在拉曼光谱测定上习惯采用反斯托克斯散射。ANTI-STOKES

0+

′RayleighSTOKES

0-

′

02023/3/22023/3/2Raman位移拉曼位移：′(频率之差）

对不同物质：′不同；

对同一物质：对应的斯托克斯和反斯托克斯线的′相等；′与入射光频率无关，是表征分子振-转能级的特征物理量进行定性与结构分析的依据。2023/3/2三、拉曼光谱的应用

applicationsofRamanspectroscopy

由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：2）红外光谱中，由CN，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。3）环状化合物的对称伸缩振动常常是最强的拉曼谱带。1）同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼谱带，随单键双键三键谱带强度增加。2023/3/24）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。6）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I.C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别。II.羟基和甲基的质量仅相差2单位。III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。2023/3/22941，2927cm-1

ASCH22854cm-1

SCH21029cm-1

（C-C）803cm-1环1444，1267cm-1

CH22023/3/23060cm-1r-H)1600,1587cm-1c=c)苯环1000cm-1环呼吸787cm-1环变形1039,1022cm-1单取代2023/3/2四、激光Raman光谱仪

laserRamanspectroscopy2023/3/2激光光源：氩离子激光器，激光波长514.5nm,氦氖激光器，激光波长488.0nm。激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很细的一束。单色器：光栅，多单色器；检测器：光电倍增管，光子计数器；仪器结构2023/3/2傅立叶变换-拉曼光谱仪FT-Ramanspectroscopy光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器（1.064m）；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。2023/3/2五、红外与拉曼谱图对比2023/3/2红外与拉曼谱图对比2023/3/2Nylonhydrophile2023/3/2拉曼光谱红外光谱发射光谱吸收光谱频谱范围10－4500cm－1频谱