光谱分析3-拉曼

Huazhong University of
Science and Technology
材料分析与表征技术
黄云辉
材料科学与工程学院
拉曼光谱分析
§3-1 基本原理
§3-1-1 拉曼散射效应
拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术，与红外光谱相同，其信号来源与分子的振动和转动。

拉曼（Raman），印度物理学家。

1921年开始研究并在1928年发现了光散射的拉曼效应，1930年获得了诺贝尔物理奖。

为表彰拉曼的巨大贡献，印度政府将2月28日定为“拉曼节”。

拉曼光谱与吸收光谱的差异
（1）吸收光谱中光子的能量必须等于分子的某两个能级之间的能量差，而拉曼光谱中入射光子的频率和分子跃迁所涉及的能量差之间无确定的关系。

（2）拉曼散射的强度很低，只有入射光的10-7，一般在入射光的垂直方向检测。

（3）拉曼光谱是通过测定散射光相对于入射光频率的变化来获取分子内部结构信息。

二、转动拉曼光谱
无论同核还是异核双原子分子，都有转动拉曼光谱。

转动能级（谱项）
)
1()(+=J BJ J F
转动拉曼光谱选律
2,0±=ΔJ 0=ΔJ 2−=ΔJ 2
=ΔJ 0
~~νν=Q )
2/3(4~~0++=J B O νν)2/3(4~~0+−=J B S ννQ 支O 支S 支统一公式
)
2/3(4~+±=ΔJ B ν小拉曼位移
三、振动拉曼光谱
振动时的极化率变化
)
(00r r −+=βαα振动能级（谱项）
ω
χω~)2/1v (~)2/1v ()v (2+−+=G 选律简谐振子非简谐振子1
v ±=ΔL
,3,2,1v ±±±=Δ10→频率位移
ωχν~)21(~−=Δ大拉曼位移
四、共振拉曼光谱
普通拉曼共振拉曼
四、拉曼光谱与红外光谱的互补性
拉曼光谱和红外光谱有互补性：
（1）都是振动转动光谱；
（2）红外：固有偶极矩
拉曼：感生偶极矩
（3）活性互补
拉曼与红外的互补性
不经分离而直接测定，在红外吸收上会造成很大干扰，下图为红外图和拉曼图的比较
测试方法
§3-2
仪器结构与原理
§3-3 应用
无机材料分析
有机化合物分析
联用技术
§3-3-1 拉曼光谱分析的特点
•定性分析：
不同的物质具有不同的特征光谱，因此可以通过光谱进行定性分析。

•结构分析：
对光谱谱带的分析，是物质结构分析的基础。

•定量分析：
根据物质对光谱的吸光度的特点，可以对物质的量有很好的分析能力。

拉曼光谱定量分析
•拉曼光谱定量分析据为:
dz
z h C K I b
z
k k e
)(0
)')(10(ln ∫
+−Φ=式中：I-光学系统所收集到的样品表面拉曼信号强度，K-分子的拉曼散射截面积，Φ-样品表面的激光入射功率，k 、k’-分别是入射光和散射光的吸收系数，Z-入射光和散射光通过的距离，h （z ）-光学系统的传输函数，b-样品池的厚度。

C
I ∞
TbMnO 3
TbMn 2O 5
TbMn 2O 5TbMnO 3
三、发展
几种重要的拉曼光谱分析技术：
•1.单道检测的拉曼光谱分析技术
•2.以CCD为代表的多通道探测器用于拉曼光谱的检测仪的分析技术
•3.采用傅立叶变换技术的FT-Raman光谱分析技术
•4.共振拉曼光谱定量分析技术
•5.表面增强拉曼效应分析技术
•6.近红外激发傅立叶变换拉曼光谱技术。