2020年拉曼分析测试技术.ppt

文档介绍：目录
1、 拉曼散射效应的发展历程
2、 拉曼散射的基本原理
3、 拉曼光谱图及其主要参数
4、 拉曼光谱仪
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5、 拉曼光谱分析应用
6、 结 论
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拉曼分析测试技术
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1928 年，印度科学家拉曼（ Raman）首先在CCl4光谱中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信息，因此这种效应命名为拉曼效应。
1、拉曼散射效应的发展历程
图1-1 印度科学家拉曼
图1-2 早期的拉曼散射检测设备
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拉曼分析测试技术
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20世纪40年代，红外吸收光谱术迅速发展普及，拉曼光谱术一度成为受到限制的特殊技术；
20世纪60年代，PMT记录光谱、激光光源的引入，促使了拉曼光谱术的应用；
20世纪70年代，纤维拉曼光谱术已能对1μm2的小面积和1μm3小体积做分子振动的分析，观察到对拉曼散射做出贡献的试样小球的形貌；
20世纪80年代，纤维光学探针的引入，实现对远距离拉曼仪的试样进行测试；
过去几十年来最重要的进展，就是傅里叶变换拉曼光谱术、CCD检测器的引用，拉曼光谱的测试更加快速和准确。
拉曼分析测试技术
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laser
scatter ≠ laser
瑞利散射
2-1 什么是拉曼散射
scatter= laser
拉曼散射
散射光 弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射）
非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
2、拉曼散射的基本原理
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图2-1 激光照射到样品后的散射图
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拉曼分析测试技术
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瑞利散射：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；
拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换；
图2-2 瑞利散射能级跃迁
图2-3 拉曼散射能级跃迁
h 
E0
E1
V=1
V=0
h0
h0
h0
h0 + 
E1 + h0
E0 + h0
h(0 - )
激发虚态
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拉曼分析测试技术
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拉曼散射的两种跃迁能量差：
E=h(0 - )
产生斯托克斯线；强；基态分子多；
E=h(0 + )
产生反斯托克斯线；弱；激发态分子少；
h(0 + )
E0
E1
V=1
V=0
E1 + h0
E2 + h0
h 
h0
h(0 - )
2-2 拉曼散射的两种能量跃迁形式
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图2-4 拉曼散射的两种能级跃迁图
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拉曼分析测试技术
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3、拉曼光谱及其主要参数
以CCl4的拉曼光谱图为例，从图3-1中可见，拉曼光谱的横坐标为拉曼位移，以波数表示，纵坐标为拉曼光强。由于拉曼位移与激发光无关，一般仅用斯托克斯位移部分。对发荧光的分子，有时用反斯托克斯位移。
图3-1 CCl4的拉曼光谱图
3-1 Cl4的拉曼光谱图
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拉曼分析测试技术
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3-2 拉曼参数
拉曼频移：
即拉曼位移，一般用斯托克斯位移表示， 对不同物质不同，对同一物质，与入射光频率无关；它是表征分子振-转能级的特征物理量，同时也是定性与结构分析的依据。
拉曼散射的偏振：
光电场作用于电子云的力是位于垂直于光传播方向的平面上。平面上该力的方向可用一个矢量来表示，矢量的振幅在正负值之间正弦振荡。矢量所指的方向叫做光的偏振方向。
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图3-2 样品分子对激光的散射和去偏振示意图
拉曼分析测试技术
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拉曼峰的强度 ：
拉曼散射强度IR可用下式表达：
所以，拉曼散射强度正比于被激发光照明的分子数。这是应用拉曼光谱术进行定量分析的基础。拉曼散射强度也正比于入射光强度和（v0-v）4。
IL-激发光强度 ；N-散射分子数
v-分子振动频率 ；v0-激光频率
μ-振动原子的折合质量；
α‘a-极化率张量的平均值不变量；
γ’a-极化率张量的有向性不变量
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拉曼分析测试技术
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拉曼不活性：
仅仅考虑一个分子的对称性质和其中一种振动，就有可能判定来自该振动的拉曼散射强度必定等于零。这种振动称为拉曼不活性的或禁戒的。非拉曼不活性的振动称为拉曼活性的或许可的。
拉曼选