文档介绍：拉曼光谱及其应用
唐旭东
2009年应用物理专业用
光谱分类
发射光谱
原子发射光谱(AES)、原子荧光光谱(AFS)、X射线荧光光谱法(XFS)、分子荧光光谱法(MFS)等
吸收光谱
紫外-可见光法(UV-Vis)、原子吸收光谱(AAS)、红外观光谱(IR)、核磁共振(NMR)等
联合散射
光谱
拉曼散射光谱(Raman)
1922
1928
1928
斯梅卡尔
预言新的谱线
频率与方向都发生改变
拉曼()
在气体与液体中观测到一种特殊光谱的散射
获1930年诺贝尔物理奖
苏联人曼迭利斯塔姆、兰兹贝尔格
在石英中观测到拉曼散射
我国科技工作者对拉曼光谱学的发展做出了重要贡献。
吴大猷先生
1935年在北大完成了第一篇关于拉曼散射的论文,也是该领域国内的第一篇论文。
1939年他在西南联大完成了专著《多原子分子的振动谱和结构》,是自拉曼获诺贝尔奖以来,第一部全面总结分子拉曼光谱研究成果的经典著作。
黄昆先生
1954年在英国出版与波恩合著的名著《晶格动力学理论》,成为声子物理和拉曼散射的经典理论著作。
1988建立起超晶格拉曼散射理论
2002年获国家科技奖。
60年代初期问世的激光技术给拉曼光谱带来了新的生机
由于高分辨率,低杂色光的双联或三联光栅单色仪,以及高灵敏度的光电接收系统(光电倍增管和光子计数器)的应用,使拉曼光谱测量达到与红外光谱一样方便的水平
和红外光谱相比,拉曼光谱有制样简单,水的干扰小,可做活体实验等优点
1946年前后,商品化的红外分光光度计问世,使红外光谱测试技术的方便程度大大超过了拉曼光谱,这种状态一直持续到50年代末期。
在拉曼效应被发现后的十余年间,共发表了约2000篇研究论文,报道了约4000个化合物的拉曼光谱图。
尽管当时拉曼光谱在实验技术上有很多困难,例如拉曼散射光的强度只有瑞利散射强度的10-3 ~10-6,但与刚发展起来的红外光谱在实验技术上的困难相比,拉曼光谱仍不失为一种方便易行的测试方法。
早在1871年,这种现象就可以用大气和海水对太阳光的瑞利散射予以解释,瑞利散射的强度与入射光波长的四次方成反比(I∝1∕λ4)。
当一束光照射到介质上时,大部分光被介质反射或透过介质,另一小部分的光则被介质向四面八方散射
早晚东西方的天空中出现红色霞光,晴朗的天空呈蓝色,广阔的大海呈深兰色等,都属于光散射现象
二光散射现象与拉曼光谱
激光拉曼光谱基本原理
Rayleigh散射:
弹性碰撞;无能量交换,仅改变方向;
Raman散射:
非弹性碰撞;方向改变且有能量交换;
Rayleigh散射
Raman散射
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.
(1928年印度物理学家Raman C V 发现;1960年快速发展)
h
E0
E1
V=1
V=0
h0
h0
h0
h0 +
E1 + h0
E0 + h0
h(0 - )
激发虚态
基本原理
1. Raman散射
Raman散射的两种跃迁能量差:
E=h(0 - )
产生stokes线;强;基态分子多;
E=h(0 + )
产生反stokes线;弱;
Raman位移:
Raman散射光与入射光频率差;
ANTI-STOKES
0 -
Rayleigh
STOKES
0 +
0
h(0 + )
E0
E1
V=1
V=0
E1 + h0
E2 + h0
h
h0
h(0 - )