显微共焦拉曼光谱

显微共焦拉曼光谱第1页/共35页

特别是显微拉曼光谱可进行空间分辨、原位无损的光谱分析。

拉曼光谱是以光子为探针，它对样品的结构和成分极为敏感并有很强的特征性,就像人的指纹一样。第2页/共35页435.8nm(Hg-line)SpectrumtakenbyRamanin1929;Resolutionca.10cm-1SampleVolume:ca.1literExposuretime:ca.40hoursSpectrumtakenwithamodernRamanset-up;Resolutionca.0.5cm-1SampleVolume:ca.1mlAccumulationtime:ca.1sRamanSpectrumofCCl4Stokesanti-StokesIsotopic(35,37Cl)splittingofn1-vibration461.5-CCl435455.1-CCl335Cl37453.4-CCl235Cl237第3页/共35页从拉曼光谱获取的信息characteristicRamanpeakCompositionandstructureofmaterialchangesinfrequencyofRamanpeakstress/strainstateCrystalsizepolarizationofRamanpeakcrystal(molecule)symmetryandorientationwidthofRamanpeakqualityofcrystal(crystalsize)第4页/共35页不同的物质，其拉曼谱是不同的，就象人的指纹一样，因此拉曼光谱可用于物相的分析与表征。第5页/共35页

水拉曼特征峰随NaCl浓度变化趋势图,曲线A,B,C,D,E,F的盐度分别为:0.05,0.20,0.50,1.00,2.00,5.00mol/L第6页/共35页W/Si多层膜第7页/共35页年代估计Bertoluzza等对28个年代在1750~1940年之间的工艺玻璃杯进行了拉曼光谱分析，仅从拉曼峰的位置和强度并不能反映出与样品的年代有什么关系，但发现1080cm-1的拉曼峰的强度与位于高波数的荧光峰强度的比值与年代有关。给出一个经验公式：

y=a+bxy=log(I1080/I荧光)x=年代a=-25.384b=0.013第8页/共35页Ramanspectroscopy:highcharacteristicgoodspatialresolution(microRaman)minimalsamplepreparationallsolventscanbeusedbut:biologicalsamplesoftenshowhighfluorescencebiologicalmoleculesappearoftenatlowconcentrationlevelWhySERSspectroscopy?第9页/共35页SERSquenchesfluorescenceessentialoil10mmRamansilvercolloidsM.xpiperita514.5nm200015001000500Wavenumber/cm-1RamanIntensity

第10页/共35页SERSimprovesthedetectionlimit:Adenine10-8

M10-7

M10-6

M10-5

M10-3

M10-2

M10-1

amanIntensityRamanWavenumber/cm-115001000500Wavenumber/cm-1

RamanIntensitySERS

第11页/共35页Typical

SERS

media第12页/共35页Resonancewithelectronicstatesw0wStokeswRrififwirw0=wirVirtualstate第13页/共35页ContinuumResonanceRamanScatteringinIodineExcitedwithl0=488nmWavenumber/cm-1l0=488nm第14页/共35页TS-1

的紫外共振拉曼光谱ex=244nm第15页/共35页IntegrationoftheMicroscopeandtheSpectrometer:MicroscopeMicroscope+Spectrometerdispersingelement:gratingmonochromatorBaldwin,Batchelder,Webster:“RamanMicroscopy:ConfocalandScanningNear-Field“,in:HandbookofRamanSpectroscopy第16页/共35页MakingtheMicroscopeConfocal:IntroducinganAperture

ConfocalRamanMicrospectroscopyBeamwaistofdiameter(Gaussianintensityprofile)Focalvolume(cylindrical)FocallengthofthelenseEffectivediameteratthelenseBaldwin,Batchelder,Webster:“RamanMicroscopy:ConfocalandScanningNear-Field“,in:HandbookofRamanSpectroscopy第17页/共35页

ConfocalRamanMicrospectroscopyPrincipleofConfocalMicroscopyandDepthDiscrimination:Barbillat,Dhamelincourt,Delhaye,DaSilva,J.RamanSpectrosc.

1994,25,3-11.第18页/共35页MakingtheMicroscopeConfocal:IntroducinganAperture

ConfocalRamanMicrospectroscopyBeamwaistofdiameter(Gaussianintensityprofile)Focalvolume(cylindrical)FocallengthofthelenseEffectivediameteratthelenseBaldwin,Batchelder,Webster:“RamanMicroscopy:ConfocalandScanningNear-Field“,in:HandbookofRamanSpectroscopy第19页/共35页ConfocalRamanMicrospectroscopyMeasurementofDepthResolutiononaPolystyrene（聚苯乙烯）Bead:IllustrationofConfocalDepthDiscrimination.SolidInclusionofChalcopyrite（黄铜矿）withinaRubyHost.Barbillat,Dhamelincourt,Delhaye,DaSilva,J.RamanSpectrosc.

1994,25,3-11.第20页/共35页选择激发波长——穿透深度Dp为激发波长在；SiGe325nm488nm633nm785nm选择激发波长——穿透深度Dp为激发波长在样品中的穿透深度；k为消光系数.SiGe325nm488nm633nm785nm第21页/共35页利用不同波长穿透深度不同，可以分析样品不同层的信息变换激发波长－分析样品不同深度的信息第22页/共35页ZrO2

的晶相结构Temperatureforphasetransformationm-ZrO2t-ZrO2950-1200oCt-ZrO2c-ZrO22370oCMeltingpoint2500-2600oCmonoclinic

tetragonalcubic

第23页/共35页m-ZrO2andt-ZrO2

的特征拉曼光谱m-ZrO2(cm-1)176,187,220,305,340,376,474,510,536,558,613,634t-ZrO2(cm-1)149,270,313,462,600,640monoclinictetragonal对于单斜相(m)，谱峰474cm-1强于634cm–1，而四方相(t)恰好相反。单斜相的拉曼谱图中，在472和634cm-1两个谱峰之间有些弱的谱峰存在，而这些谱峰在四方相的拉曼谱图中是不存在的。第24页/共35页400oC:混合晶相500oC:

m-ZrO2700oC焙烧之后仍能观察到四方晶相ZrO2.ZrO2样品不同温度焙烧后的紫外拉曼光谱图和XRD图谱第25页/共35页100200300400500600700800900mmmmmmmm700oC500oC400oC

tttRamanshift/cm-1IntensityZrO2样品不同温度焙烧后的可见拉曼光谱图和XRD图谱可见拉曼光谱的结果和XRD的结果非常相似主要为四方晶相第26页/共35页提出的

ZrO2

相变机理UVLaserX-rayUVRamanScatteringXRDVisibleLaserVisibleRamanScatteringAmorphousZr(OH)4TetragonalZrO2MonoclinicZrO2

紫外拉曼光谱与XRD，可见拉曼光谱结果的不同表明氧化锆四方相到单斜相的相变首先是从表面开始，接着逐步发展到体相。第27页/共35页S.Shukla,etal.

NanoLetters2002,2,989.TEMevidenceforthephasetransformationofZrO2TetragonalMonoclinicCanLi,etal.J.Phys.Chem.B2001,105,8107.

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在拉曼光谱测试中，往往会遇到荧光的干扰，由于拉曼散射光极弱，所以一旦样品或杂质产生荧光，拉曼光谱就会被荧光所淹没。发光（荧光）的抑制和消除

通常荧光来自样品中的杂质，但有的样品本身也可发生荧光，常用抑制或消除萤光的方法有以下几种:第29页/共35页

有时在样品中加入少量荧光淬灭剂，如硝基苯，KBr,AgI等，可以有效地淬灭荧光干扰。（1）纯化样品（2）强激光长时间照射样品

虽然无法解释为什么用激光长时间照射样品能够有效的消除荧光干扰，但在很多情况下用这种方法确实能达到消除荧光干扰的效果。（3）加荧光淬灭剂第30页