材料研究与测试方法Apdf课件 5.7 拉曼光谱

拉曼散射现象(拉曼效应）的发现:1928年(国家科学日)

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印度物理学家

钱德拉塞卡拉·拉曼

(C.V.Raman)

5.7.1拉曼光谱的发现C.V.Raman(1888——1970)5.7拉曼光谱(RamanSpectra)拉曼的实验

在实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。NobelPrizeinPhysics1930拉曼成为亚洲第一位获此殊荣的科学家！散射光谱；

分子振动与转动；

用于分子结构分析。

红外光谱（IR)－吸收光谱拉曼光谱(Raman)－散射光谱IR与Raman互称为姊妹谱。5.7.2基本原理样品池透过光(λ不变)瑞利散射(λ不变)拉曼散射(λ变)λ增大λ减小λλ样品池瑞利散射(λ不变)拉曼散射(λ变)λ增大λ减小λ样品池瑞利散射(λ不变)λ增大λ减小λ

光子与试样之间发生弹性碰撞，无能量交换，波长不变，仅改变方向；强度为10-3的入射光强。其强度与入射光频率的4次方成正比。

一瑞利散射二拉曼散射（拉曼效应）光子与试样之间发生非弹性碰撞，有能量交换，频率发生变化（增大或减小），且方向改变。强度为10-6的入射光强。1斯托克斯线（Stocks线）

光子把一部分能量给样品分子，得到的散射能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测到频率为:()的线。2反斯托克斯线（反Stocks线）若光子从样品中获得能量，在大于入射光频率处接收到散射光线，则称为反斯托克斯线，其频率为:（）。

E0基态，E1振动激发态；E0+h0

，

E1+h0激发虚态；获得能量后，跃迁到激发虚态。E0斯托克斯线与反斯托克斯线的跃迁几率是相等的。

E=h(0-)，产生stokes线；基态分子多；强。

E=h(0+)，产生反stokes线；

激发态分子少；弱。对应于同一分子能级：CCl4的拉曼光谱

Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscatteringΔν/cm-1

Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscatteringΔν/cm-1

Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscatteringΔν/cm-1

Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscattering三拉曼位移（Ramanshift）

Δν=|ν入–ν散

|＝ΔΕ/h

即入射光（激发光）频率与散射光频率之差，只与能级差有关。适用于分子结构分析与入射光波长无关

在外电场作用，分子变形产生诱导偶极矩或增大永久偶极矩的现象。分子的变形：正电中心与负电中心发生位移(由重合变为不重合，由偶极长度小变偶极长度大)。

1分子的极化四拉曼光谱与分子极化率H（

=0）（△

）加去HH++H分子变形产生诱导偶极矩p＝αE

，α为极化率诱导偶极矩(p)与外电场(E)的强度之比。用于定量地表示分子的变形性大小。

2分子的极化率

只有当分子振动产生的原子间距离的改变引起分子极化率变化时，才产生拉曼散射，分子才是拉曼活性的。拉曼散射强度与极化率成正比关系。5.7.3拉曼图谱的表示方法横坐标：拉曼位移(RamanShift)，以波数（cm-1）表示。

Δν=|ν入–ν散

|＝ΔE/h纵坐标：拉曼（散射）强度，以(RamanIntensity)表示。CaCO3

的Raman图谱RamanShift5.7.4Raman图谱的分析

基本方法同红外图谱的分析。1先分析基团。2再对照标准图谱或标准样品进行物相分析。《SadtlerStandardRamanSpectra》（美国萨特勒标准实验室制作）

2941、2927cm-1

as(CH2)

；2854cm-1

S(CH2)1029cm-1

（C-C）；1444、1267cm-1

(CH2)803cm-1环呼吸2854cm-1

SCH2拉曼光谱与有机结构

由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：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。2）CN，C=S，S-H伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。3）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-类键的对称伸缩振动是强谱，反对称伸缩振动是弱谱带。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.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。5.7.5拉曼光谱仪一基本结构

1光源

2单色器

3检测器

4样品台（显微镜系统）

5数据处理系统激光共聚焦显微拉曼光谱仪

狭缝激光器的类型波长范围适用范围匹配的光栅785nm（近红外）300mW100-3500cm-1有机物，生物，高分子1200线633nm（氦氖）17mW

100-6400cm-1（红色）所有样品，荧光效应少（石墨，玻璃）1800线514（氩离子）20mW

100-9500cm-1（绿色）

无机物，矿物1800线二光源---激光光源激光的特点是光源强度高，光束集中，单色性好，亮度高，并且能提供相干辐射。激光器：最常用的是惰性气体激光器。二单色器(光栅)作用：

把拉曼散射光分开并减弱杂散光。常用:有双光栅（又称）单色器，三光栅（又称三联）单色器。双联或三联单色器为两个或三个光栅的组合，要求耦合极好。三检测器

CCD检测器（Charge

Coupled

Device，即电荷耦合型检测器），一次可检测一段谱区，大大提高了检测速度。四样品台

样品置于载玻片上，放在显微镜的样品台上。绿色激光红色激光5.7.6拉曼光谱技术的应用

拉曼光谱技术已在不同的工业和学术领域中得到了越来越重要的应用，并在一些新的学科中得到了迅速的推广。1、鉴别物质分析和鉴别有机物、无机物，高分子聚合物等。

检测