激光拉曼光谱分析,激光拉曼光谱分析仪

ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights1李子坡20907011024ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights2激光拉曼光谱1概述2拉曼效应3拉曼光谱仪4拉曼光谱图5红外与拉曼比较ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights31概述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。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。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights42拉曼效应（1）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。这也是天空呈现蓝色的原因(日光中蓝光的瑞利散射是红光强度的10倍)。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights52拉曼效应（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。把这种效应命名为拉曼效应，（喇曼效应）。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights62拉曼效应（3）拉曼散射与入射光的波数无关，只与物质本身的分子结构所固有的振动和转动能级结构有关（与红外光谱中所讲的分子的能级一致，但红外光谱反映的是这些能级的转变对入射光的吸收效应，而拉曼光谱则反映的是发射光谱效应）。因此拉曼技术检测分子可用于鉴别物质的种类。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights72拉曼效应（4）若入射光的波数为0，则拉曼散射的0i。又称之为拉曼位移。E1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。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights82拉曼效应（5）1）处于基态E1的分子受入射光子h0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。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights92拉曼效应（6）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）。分子的能量损失了E2－E1＝h‘。这种非弹性碰撞称之为斯托克斯散射（Stokes）。散射波的波数等于0-’ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights102拉曼效应（7）3）处于E2的分子受激发，跃迁到受激虚态E3’，而后又回到E1。分子的能量增加了E2－E1＝h‘。这种非弹性碰撞称之为反斯托克斯散射（Anti－Stokes）。散射波的波数等于0＋’ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights112拉曼效应（8）斯托克斯散射和反斯托克斯散散统称为拉曼散射。实际上，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。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights122拉曼效应（9）图中的E2为除基态以外的某一能级，可以是分子的任何一个转动能级或者振动能级，因此分子产生的拉曼散射可以有多个不同的波数。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights132拉曼效应（10）拉曼散射的多个不同的波数ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights142拉曼效应（11）拉曼散射的多个不同的波数ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights153拉曼光谱仪（1）1）激光光源：氩离子激光器，激光波长514.5nm（绿光）,氦氖激光器，激光波长488.0nm（紫光）。激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很细的一束。照射在样品上的一个点（1微米区域），因此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探针：LaserRamanMicroscopy（LRM）ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights163拉曼光谱仪（2）2）仪器原理ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights174拉曼光谱图（1）ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights184拉曼光谱图（2）NylonhydrophileITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights194拉曼光谱图（3）Diamondsharppeakat1332cm-1,graphitebroadhumpat1550cm-1.ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights204拉曼光谱图（4）ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights215红外与拉曼比较（1)1都是研究分子结构（化学键）的分子振动、转动光谱。2红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱3拉曼的频谱范围宽10－4500cm－1，红外的窄200－4000cm－1。ITSM/ITILSino-iTechnologyCopyright©Sino-iTechnologyLimitedAllrights225红外与拉曼比较（2)4拉曼的激发波长可以是可见光区的任一激发源，因此其色散系统比较简单，（可见光区），而红外的辐射源和接收系统必须放在专门封闭的装置内。5不具有偶极矩的分子，不产生红外吸收，但可产生拉曼散射。