文档介绍：第八讲拉曼光谱分析
汇报人:
拉曼原理
拉曼活性：
并不是所有的分子结构都具有拉曼活性的。分子振动是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一固定方向上的极化率的变化。
对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率是否改变来判Raman光谱仪的特点
快速分析、鉴别各种无机、生物材料的特性与结构
样品需用量很小，微区分辨率可小于2微米
对样品无接触、无损伤；样品无需制备
适合黑色和含水样品
高、低温测量
局限：不适于有荧光产生的样品
解决方案：改变激光的激发波长，尝试 FT-Raman光谱仪
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Raman光谱仪
优势：激发波长较长，
可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景
薄膜样品的厚度应 >1m
光谱范围：5~4000cm-1
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分析方法
普通拉曼光谱
一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱
采用反斯托克斯分析
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Raman光谱可获得的信息
Raman
特征频率
材料的组成
MoS2, MoO3
Raman
谱峰的改变
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生1 cm-1 Raman 位移
Raman
偏振峰
晶体的对称性和取向
用CVD法得到金刚石颗粒的取向
Raman
峰宽
晶体的质量
塑性变形的量
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FT拉曼光谱
采用Nd：YAG激光器，，其特点是激发源的能量低于荧光激发所需要的阈值，从而避免了大部分荧光对拉曼光谱的干扰。扫描速度快，分辨率高。
其缺点是，近红外激发光源的波长长，受拉曼散射截面随激发线波长呈1/λ4规律递减的制约，光散射强度大幅度降低，影响仪器的灵敏度。
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微区拉曼光谱
无论是液体，薄膜，粉体，测定其拉曼光谱时不需要特殊的样品制备，均可以直接测定。
用于一些不均匀的样品，如陶瓷的晶粒与晶界的组成，断裂材料的断面组成等。
一些不便于直接取样的样品分析，利用显微拉曼具有很强的优势。一般利用光学显微镜将激光会聚到样品的微小部位（直径小于几微米），采用摄像系统可以把图像放大，并通过计算机把激光点对准待测样品的某一区域。经光束转换装置，即可将微区的拉曼散射信号聚焦到单色仪上，获得微区部位的拉曼光谱图。
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显微共聚焦拉曼光谱仪
纵向空间分辨率为2m
横向空间分辨率为1m
光斑尺寸连续可调（1-100 m ）
样品：
聚丙烯（PP）基底上2µm的 聚乙烯（PE）薄膜
激光：
HeNe激光器（波长633 nm）
放大倍数：
x50物镜
光谱仪设置：
狭缝宽度10 µm
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表面增强拉曼光谱
利用粗糙表面的作用，使表面分子发生共振，大大提高其拉曼散射的强度，可以使表面检测灵敏度大幅度提高
如纳米Ag，Au胶颗粒吸附染料或有机物质，其检测灵敏度可以提高105～109量级。可以作为免疫检测器。
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紫外拉曼光谱
为了避免普通拉曼光谱的荧光作用，使用波长较短的紫外激光光源，可以使产生的荧光与散射分开，从而获得拉曼信息。适合于荧光背景高的样品如催化剂，纳米材料以及生物材料的分析。
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温度范围：
液氮温度(-195℃)至1000℃
自动设置变温程序
适于分析随温度变化发生的：
相变
形变
样品的降解
结构变化
原位变温附件
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样品制备
溶液样品
一般封装在玻璃毛细管中测定
固体样品
不需要进行特殊处理
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材料分析中的应用
无机化学研究
无机化合物结构测定，主要利用拉曼光谱研究无机键的振动方式，确定结构。
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有机化学应用
在有机化学中主要应用于特殊结构或特征基团的研究。
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材料科学应用
在固体材料中拉曼激活的机制很多，反映的范围也很广：如分子振动，各种元激发（电子，声子，等离子体等），杂质，缺陷等
晶相结构，颗粒大小，薄膜厚度，固相反应，细微结构分析，催化剂等方面
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新型陶瓷材料
ZrO2是高性能陶瓷材料
可以作为固体电解质
热稳定性差
掺杂可以提高其稳定性和导电性能
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非晶态结构研究
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晶态结构研究
晶态结构不同，不仅影响晶格振动变化，还存在声子色散等现象发生，从而产生变化
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温度效应
温度不仅会使材料的结构发生相变，还会使能级结构发生变化，从而引起拉曼散射的变化
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晶粒度影响
利用晶粒度对LRS散射效应导致的位移效应，还可以研究晶粒度的信息
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晶粒度的影响
8nm 152
85nm 147
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新型碳物种的研究
有机碳
无机碳：无定型，石墨，石墨烯，类金刚石，金刚石，C60，碳纳米管，无机碳化物等