拉曼光谱分析课件
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拉曼光谱课件
总结词
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
利用拉曼光谱分析大气中的有害物质，如二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳等，有助于监测和治理空气 污染。
详细描述
拉曼光谱能够检测大气中不同污染物的分子振动模式，从而确定污染物的种类和浓度。这种方法具有 非接触、无损、快速和高灵敏度的特点，对于大气污染的预防和治理具有重要意义。
水体污染物的拉曼光谱分析
总结词
拉曼光谱技术可用于检测水体中的有害物质，如重金属离子、有机污染物等，为水环境 的监测和治理提供有力支持。
详细描述
通过对水体样本进行拉曼光谱扫描，可以获取水中污染物的分子振动信息，从而判断污 染物的种类和浓度。这种方法在水质监测、饮用水安全等领域具有广泛的应用前景。
土壤污染物的拉曼光谱分析
总结词
用于分离拉曼散射信号中的不 同波长成分。
光电倍增管
用于检测拉曼散射信号，转换 为电信号。
实验操作流程
显微镜观察
使用显微镜观察样品，选择测 量区域和焦点。
数据采集
采集拉曼散射信号，记录光谱 数据。
样品准备
选择适当的样品，进行表面清 洁和干燥。
光路调整
调整拉曼光谱仪、单色仪和显 微镜的光路，确保测量区域的 聚焦。
与生物学和医学交叉
拓展拉曼光谱在生物分子结构和细胞代谢过程 中的应用。
与计算科学交叉
利用计算模拟方法预测分子拉曼光谱，指导实验设计和优化。
THANK YOU
总结词
高分子化合物的拉曼光谱分析主要依赖于链振动和侧基的振动，可以提供高分子化合物的结构和序列信息。
详细描述
拉曼光谱能够检测高分子化合物中主链和侧基的振动模式，从而推断出高分子的结构和序列。通过分析拉曼光谱 ，可以确定高分子化合物的聚合度、序列长度和支链结构等信息。
拉曼光谱分析法 ppt课件
激光几乎完全是线偏振光，可简化去偏振度的测量
PPT课件
25
一、色散型激光拉曼光谱仪
一般仪器方框图
试样室 双联单色器 第三单色器 检测系统
计算机系统 前置单色器 激光器
PPT课件
26
激光器
激发光源常用连续气体激光器； 如最常用Ar＋激光器 488.0/514.5nm， 频率高，拉曼光强大； 其它如氦-氖、氪离子激光器； 共振拉曼光谱：从激光器的输出激光线 中选择或用可调谐激光器（如染料激光 器）。 见表11-2（P.334） 前置单色器：选取某固定波长的激光 并降低杂射光的影响 90º照明方式；发射透镜：使激光聚 焦在样品上；会集透镜：使拉曼光聚焦 在双联单色器的入射狭缝 旋转试样技术：降低试样分解，抑制 荧光 27 PPT课件
应用中 问题
应使用多谱线输出的激光器或可调谐激光器 试样吸收激光能而热分解（脉冲激光光源 和旋转试样架） 荧光干扰（利用时间差消除）
PPT课件 16
§11-2 拉曼光谱与红外光谱的关系
同 同属分子振(转)动光谱
异：红外 分子对红外光的吸收 红外：适用于研究不同原子的极性键振动
强度由分子偶极距决定 －OH, －C＝O，－C－X 异：拉曼 分子对激光的散射 拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动
试样室
单色器
要求杂射光尽可能低，并有高的分 辨率和透射率。 双联单色器（仪器心脏）：2个光 栅，七面反射镜，4个狭缝；有效降 低杂散光水平。 第三单色器：为检测拉曼位移很低 波数。
拉曼散射光位于可见区 光电倍增管检测器 阵列型多道光电检测器：电荷耦合 阵列检测器（CCD）和电荷注入阵列 检测器（CID）； CCD有很高的量子 效率及很低的暗电流和噪声，适于微 弱光信号的检测。 28 PPT课件
PPT课件
25
一、色散型激光拉曼光谱仪
一般仪器方框图
试样室 双联单色器 第三单色器 检测系统
计算机系统 前置单色器 激光器
PPT课件
26
激光器
激发光源常用连续气体激光器； 如最常用Ar＋激光器 488.0/514.5nm， 频率高，拉曼光强大； 其它如氦-氖、氪离子激光器； 共振拉曼光谱：从激光器的输出激光线 中选择或用可调谐激光器（如染料激光 器）。 见表11-2（P.334） 前置单色器：选取某固定波长的激光 并降低杂射光的影响 90º照明方式；发射透镜：使激光聚 焦在样品上；会集透镜：使拉曼光聚焦 在双联单色器的入射狭缝 旋转试样技术：降低试样分解，抑制 荧光 27 PPT课件
应用中 问题
应使用多谱线输出的激光器或可调谐激光器 试样吸收激光能而热分解（脉冲激光光源 和旋转试样架） 荧光干扰（利用时间差消除）
PPT课件 16
§11-2 拉曼光谱与红外光谱的关系
同 同属分子振(转)动光谱
异：红外 分子对红外光的吸收 红外：适用于研究不同原子的极性键振动
强度由分子偶极距决定 －OH, －C＝O，－C－X 异：拉曼 分子对激光的散射 拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动
试样室
单色器
要求杂射光尽可能低，并有高的分 辨率和透射率。 双联单色器（仪器心脏）：2个光 栅，七面反射镜，4个狭缝；有效降 低杂散光水平。 第三单色器：为检测拉曼位移很低 波数。
拉曼散射光位于可见区 光电倍增管检测器 阵列型多道光电检测器：电荷耦合 阵列检测器（CCD）和电荷注入阵列 检测器（CID）； CCD有很高的量子 效率及很低的暗电流和噪声，适于微 弱光信号的检测。 28 PPT课件
激光拉曼光谱分析ppt课件
12
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
13
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
14
3 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：Laser Raman Microscopy （LRM）
20
5 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 。
21
5 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。
李子 坡
20907011024
1
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
2
Hale Waihona Puke 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。
15
3 拉曼光谱仪（2）
2）仪器原理
16
4 拉曼光谱图（1）
17
4 拉曼光谱图（2）
2 拉曼效应（10）
拉曼散射的多个不同的波数
13
2 拉曼效应（11）
拉曼散射的多个不同的波数
14
3 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：Laser Raman Microscopy （LRM）
20
5 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 。
21
5 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。
李子 坡
20907011024
1
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
2
Hale Waihona Puke 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。
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3 拉曼光谱仪（2）
2）仪器原理
16
4 拉曼光谱图（1）
17
4 拉曼光谱图（2）
拉曼光谱原理分析ppt课件
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
• 拉曼光谱的特点： 波长位移在中红外区。有红 外及拉曼活性的分子,其红外光谱和拉曼光谱近似。 可使用各种溶剂，尤其是能测定水溶液，样品处理 简单。 低波数段测定容易(如金属与氧、氮结合 键的振动nM-O, nM-N等)。而红外光谱的远 红外区不适用于水溶液，选择窗口材料、检测 器困难。 由Stokes、反Stokes线的强度比可以 测定样品体系的温度。 显微拉曼的空间分辨率 很高，为1mm。 时间分辨测定可以跟踪10-12s 量级的动态反应过程。 利用共振拉曼、表面增 强拉曼可以提高测定灵敏度。 其不足之处在于， 激光光源可能破坏样品；荧光性样品测定一般不适 用，需改用近红外激光激发等等。
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
• 5.6.2 拉曼及瑞利散射机理 • 瑞利和拉曼散射的产生
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
基本原理
1. Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
能量差：
E=h(0 - )
h(0 - )
产 生 stokes 线 ； 强 ； 基 态分子多；
•
在整堂课的教学中，刘教师总是让学 生带着 问题来 学习， 而问题 的设置 具有一 定的梯 度，由 浅入深 ，所提 出的问 题也很 明确
Raman拉曼光谱--ppt课件
20世纪60年代起,随着激光技术的飞速发展,引 入新型激光作为激发光源,使得拉曼光谱技术
获得迅速发展(激光拉曼光谱).
相继出现了一些新的拉曼光谱技术,如共振拉 曼光谱法,表面增强拉曼光谱法,非线性拉曼 光谱法,快速扫描拉曼光谱法等.目前拉曼光 谱技术已在化学化工,半导体电子,聚合物,生 物医学,环境科学等各领域得到广泛应用.
● C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
● 醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I. C-O键与C-C键的力常 数或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差 2单位。 III.与C-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
ppt课件
26
举例1：
C-H弯曲
ppt课件
27
举例2：乙炔的红外和拉曼光谱
Asymmetric C-H Stretch
ppt课件
15
第四节 拉曼光谱与红外光谱的比较
拉曼光谱与红外光谱均起源于分子的振动和转动。但产生两种 光谱的机理有本质的区别。红外光谱是分子对红外光源的吸收 所产生的光谱，拉曼光谱是分子对可见光（在FT-Raman中可 选用近红外光）的散射所产生的光谱。
同一振动模的拉曼位移和红外吸 收光谱的频率是一致的。用相对 于瑞利线的位移表示的拉曼光谱 波数与红外光谱的波数相一致。
瑞利散射: 弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；频率不发生改变 的辐射散射(u=u0)；强度与l0的四次方成反比
拉曼散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换； 频率发生改变的辐射散射(u=u0△u)
ppt课件
光的 散射
8
光的散射
λ
拉
曼
λ
增 大
减 小
λ
散 射
变
样 透过光λ不变
课件：拉曼光谱
4 包裹体：
矿物中的包 裹体成分的鉴 定。
玻璃中的包 裹体（气泡） 成分的鉴定。
5.7.3 拉曼图谱的表示方法
横坐标： 拉曼位移(Raman Shift)，以波数（cm-1）
表示。
Δν=| ν入–ν散 |＝ΔE/h
纵坐标： 拉曼（散射）强度，以(Raman Intensity)
表示。
CaCO3 的Raman图谱
Raman Intensity
140000
120000
100000
拉曼谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。 2）CN，C=S，S-H伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。 3）环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱
带。 4）在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-类键的对
称伸缩振动是强谱，反对称伸缩振动是弱谱带。
5）C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。
6）醇和烷烃的拉曼光谱是相似的： I. C-O键与C-C键的力常数或键的强度
Δν/cm-1
三 拉曼位移（Raman shift）
Δν=| ν入–ν散 |＝ΔΕ/h
即入射光（激发光）频率与散射光 频率之差，只与能级差有关。
与入射光波长无关 适用于分子结构分析
四 拉曼光谱与分子极化率
1 分子的极化
在外电场作用，分子变形产生诱导偶极 矩或增大永久偶极矩的现象。 分子的变形：
正电中心与负电中心发生位移(由重合变 为不重合，由偶极长度小变偶极长度大) 。
3 珠宝
鉴定和分析真假宝石（如钻石，石英，红 宝石，绿宝石等）以及对珍珠、玉石及其他珠 宝产品进行分析。
手 镯
100000 80000
1316.89 1589.77
Intensity
《拉曼光谱分析》PPT课件
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
>1m
薄膜样品的厚度应
23
光谱范围：5~4000cm-
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
24
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
化学反应形成界面层，增强化学结合 物理扩散形成界面层，增强物理结合力
49
ACP(％)
ACP (％)
100
Cr
C
50
0 0
50
O
Cr
C
O
2
4
6
8
sputtering time / min
100 depth profile lines
Cr as Cr2C C as diamond
C as Cr2C
C
Cr 50
原位变温附件
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
31
温度范围： 液氮温度(-195℃) 至1000℃
自动设置变温程序
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
32
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。
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。
29
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。
局限：黑色样品会产生热背景
>1m
薄膜样品的厚度应
23
光谱范围：5~4000cm-
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
24
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
化学反应形成界面层，增强化学结合 物理扩散形成界面层，增强物理结合力
49
ACP(％)
ACP (％)
100
Cr
C
50
0 0
50
O
Cr
C
O
2
4
6
8
sputtering time / min
100 depth profile lines
Cr as Cr2C C as diamond
C as Cr2C
C
Cr 50
原位变温附件
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
31
温度范围： 液氮温度(-195℃) 至1000℃
自动设置变温程序
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
32
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。
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。
29
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。
拉曼光谱分析技术ppt课件
Δν/cm-1
为了规范事业单位聘用关系，建立和 完善适 应社会 主义市 场经济 体制的 事业单 位工作 人员聘 用制度 ，保障 用人单 位和职 工的合 法权益
拉曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不 能用实际的上能级来解释，玻恩和黄昆用虚的上能级概念 说明拉曼效应。
假设散射物分子原来处于电子基态，振动能级如上图所示。当 受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起极化可以 看作虚的吸收，表述为跃迁到虚态虚能级上的电子立即跃 迁到下能级而发光，即为散射光。存在如图所示的三种情 况，散射光与入射光频率相同的谱线称为瑞利线，与入射 光频率不同的谱线称为拉曼线。
1.2 拉曼光谱技术的优越性
提供快速、简单、可重复且更重要的是无损伤的定性 定量分析，它无需样品准备，样品可直接通过光纤探 头或者通过玻璃、石英和光纤测量。此外
1） 由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光谱是研究水 溶液中的生物样品和化学化合物的理想工具。
2） 拉曼光谱一次可同时覆盖50-4000波数的区间， 可对有机物及无机物进行分析。相反，若让红外光谱 覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波 器和检测器
(1)拉曼光谱是一个散射过程，因而任何尺寸、形状、 透明度的样品，只要能被激光照射到，就可直接用来 测量。由于激光束的直径较小，且可进一步聚焦，因 而极微量样品都可测量。
(2)水是极性很强的分子，因而其红外吸收非常强烈。 但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接进 行测量，这对生物大分子的研究非常有利。
(3)对于聚合物及其他分子，拉曼散射的选择定则的 限制较小，因而可得到更为丰富的谱带。S—S，C—C， C=C，N=N等红外较弱的官能团，在拉曼光谱中信号 较为强烈。
拉曼光谱研究高分子样品的最大缺点是荧光散射 。
第5章拉曼光谱分析法ppt课件
拉曼散射光谱的基本概念
图6-33 散射效应示意图 （a）瑞利和拉曼散射的能级图 （b）散射谱线
拉曼散射光谱的基本概念
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁 到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态， 与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯 托斯线。
拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之 差称为拉曼位移。拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。 因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的 拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。在正常情况 下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度 比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采 用斯托克斯线研究拉曼位移。
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
拉曼光谱在材料研究中的应用
激光拉曼散射光谱法
拉曼光谱的选择定则与高分子构象
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者结 合使用能够得到更丰富的信息。这种互补的特点， 是由它们的选择定则决定的。凡具有对称中心的分 子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率 相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则”。例 如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼 光谱没有一条谱带的频率是一样的。
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基用 红外光谱较易检测出来
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明（图 6-34）。
聚乙烯分子中具有对称中心，红外与拉曼光谱呈现完全不同的振动模 式。在红外光谱中，CH2振动为最显著的谱带。而拉曼光谱中，C-C振动有 明显的吸收。
生物大分子的拉曼光谱研究
11第11章 激光拉曼光谱分析法PPT课件
• 入射光与样品分子之间还存在着概率更小的非弹性碰 撞（仅为总碰撞数的十万分之一），光子与分子间发 生能量交换，使光子的方向和频率均发生变化。这种 散射光频率与入射光频率不同，且方向改变的散射为 Raman散射，对应的谱线称为Raman散射线（Raman 线）。
• 与入射光频率ν0相比，频率降低的为Stokes（Stokes） 线，频率升高的则为反Stokes线。Stokes线或反Stokes 线与入射光的频率差为Raman位移。
是共振Raman光谱，灵敏度高，检出限可到10-6～10-8 mol·L-1。 • 4. Raman光谱所需样品量少，g级即可。 • 5. 由于共振Raman光谱中谱线的增强是选择性的，因 此可用于研究发色基团的局部结构特征。
3
11.2 基本原理
• 11.2.1 Raman散射与Raman位移
• 当频率为ν0的位于可见或近红外光区的强激光照射样 品时，有0.1％的入射光子与样品分子发生弹性碰撞， 此时，光子以相同的频率向四面八方散射。这种散射 光频率与入射光频率相同，而方向发生改变的散射， 称为Rayleigh（瑞利）散射。
• 当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长， 产生丁达尔散射。
• 当物质颗粒尺寸小于入射光波长，产生 拉曼散射和瑞利散射。
• 弹性碰撞时 无能量交换，且不改变频 率，,仅改变运动方向，称瑞利散射；
• 非弹性碰撞不但改变方向，还有能量交 换和频率改变，称拉曼散射。
1
整体概况
概况一
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15
11.4 激光Raman光谱法的应用
• 11.4.1 定性分析
• Raman位移△ ~表征了分子中不同基团振动的特性，
因此，可以通过测定△ 对分~子进行定性和结构分 析。另外，还可通过退偏比ρ的测定确定分子的对 称性。 • 无机、有机、高分子等化合物的定性分析； • 生物大分子的构象变化及相互作用研究； • 各种材料（包括纳米材料、生物材料、金刚石）和 膜（包括半导体薄膜、生物膜）的Raman分析； • 矿物组成分析； • 宝石、文物、公安样品的无损鉴定等方面。 16
• 与入射光频率ν0相比，频率降低的为Stokes（Stokes） 线，频率升高的则为反Stokes线。Stokes线或反Stokes 线与入射光的频率差为Raman位移。
是共振Raman光谱，灵敏度高，检出限可到10-6～10-8 mol·L-1。 • 4. Raman光谱所需样品量少，g级即可。 • 5. 由于共振Raman光谱中谱线的增强是选择性的，因 此可用于研究发色基团的局部结构特征。
3
11.2 基本原理
• 11.2.1 Raman散射与Raman位移
• 当频率为ν0的位于可见或近红外光区的强激光照射样 品时，有0.1％的入射光子与样品分子发生弹性碰撞， 此时，光子以相同的频率向四面八方散射。这种散射 光频率与入射光频率相同，而方向发生改变的散射， 称为Rayleigh（瑞利）散射。
• 当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长， 产生丁达尔散射。
• 当物质颗粒尺寸小于入射光波长，产生 拉曼散射和瑞利散射。
• 弹性碰撞时 无能量交换，且不改变频 率，,仅改变运动方向，称瑞利散射；
• 非弹性碰撞不但改变方向，还有能量交 换和频率改变，称拉曼散射。
1
整体概况
概况一
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15
11.4 激光Raman光谱法的应用
• 11.4.1 定性分析
• Raman位移△ ~表征了分子中不同基团振动的特性，
因此，可以通过测定△ 对分~子进行定性和结构分 析。另外，还可通过退偏比ρ的测定确定分子的对 称性。 • 无机、有机、高分子等化合物的定性分析； • 生物大分子的构象变化及相互作用研究； • 各种材料（包括纳米材料、生物材料、金刚石）和 膜（包括半导体薄膜、生物膜）的Raman分析； • 矿物组成分析； • 宝石、文物、公安样品的无损鉴定等方面。 16
拉曼光谱原理及应用--ppt课件
Scattering)
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10-9～1012 mol/L
表面增强拉曼(SERS)简介
• 什么是表面增强?
SERS 效应是在激发区域内，由于样品表面或近表 面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。
• 怎么得到表面增强?
远小于激发波长的金属颗粒(Au, Ag)会使电磁场增
二. 拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
0
入射光
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
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；
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
i = o- (cm-1)
225050 00
30030 000
3500 3500
拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p
p＝ αE α为极化率
• 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极 化率
• 分子中两原子距离最大时，α也最大 • 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
拉曼光谱的特征
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：
1 同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼 谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。
2 红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一 般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。
3 环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
4 在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对 称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
➢ 试样吸附在金属表面上，增103～106 ➢ 表面与共振联用检测限10-9～1012 mol/L
表面增强拉曼(SERS)简介
• 什么是表面增强?
SERS 效应是在激发区域内，由于样品表面或近表 面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。
• 怎么得到表面增强?
远小于激发波长的金属颗粒(Au, Ag)会使电磁场增
二. 拉曼(Raman)光谱基本原理
拉曼光谱是研究分 子和光相互作用的 散射光的频率
散射光
0
入射光
0
透射光
散射是光子与分子发生碰撞的结果
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；
激发虚态
h(0 - )
E1 + h0
E0 + h0 h0
i = o- (cm-1)
225050 00
30030 000
3500 3500
拉曼光谱与分子极化率的关系
分子在静电场E中，极化感应偶极距p
p＝ αE α为极化率
• 诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极 化率
• 分子中两原子距离最大时，α也最大 • 拉曼散射强度与极化率成正比例关系
拉曼光谱的特征
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息：
1 同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼 谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。
2 红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一 般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。
3 环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。
4 在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对 称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。 红外光谱与此相反。
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2-什么是拉曼光谱?
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时间和发现人
1928 年，印度科学家C.V Raman in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Raman效应。
碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic
2.5
properties
Tube Diameter
2.0
Radial Breathing Mode
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (c-m1)
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核心技术 : 衍射光栅
等离子刻蚀全息光栅
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光谱仪的心脏——光栅
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1-公司简介
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1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleil
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
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什么是拉曼散射?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
HORIBA Jobin Yvon
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© 2007 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
报告内容
➢1-公司简介 ➢2-什么是拉曼光谱技术 ➢3-拉曼光谱仪工作原理 ➢4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念 ➢5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍
OH stretching
00
505000
10100000
15150000
20200000
25250000
30300000
35350000
ni = no-n (cm-1)
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不同碳材料的拉曼光谱
同样元素 不同结构
GC: Glassy Carbon DC: Disordered Carbon µG: microcrystalline Graphite G: Graphite D: Diamond
吉林大学样品
7 000 红色：普通分辨率结果 兰色：高分辨率结果
6 000
5 000
CaCO3-1800 CaCO3-600
CaCO3-1800 CaCO3-600
4 000
3 000
2 000
1 000
0 200
190
200
210
220
230
240
Raman Shift (cm -1)
400
600
(高分辨拉曼光谱仪)
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高分辨率光学系统－长焦长
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调节仪器分辨率的因素－光栅刻线
D-band Info on defects
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高分辨率实验结果
x10 3
40
LabRAM HR普通分辨率
LabRAM HR高分辨率模式
35
Intensity (cnt)
30
25
20
15
10
5
120
140
160
180
200
全系列拉曼光谱仪
Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm
l1
—多种焦长仪器可选择
l2 F2= 800mm
XPloRA
Aramis
HR 800
T64000
U1000
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LabRAM HR
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应力测量
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蓝宝石衬底上的GaN的应力分布
左图的颜色条给出该GaN样 品的E2模相对于体相GaN中该 拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏 移量。
公司简介
HORIBA Jobin Yvon—a member of HORIBA Scientific
Jobin Yvon成立于 1819 年 ▪ 总部: 法国 ▪ 5大主要产品线 拉曼光谱仪 椭偏光谱仪 荧光光谱仪 光学元件 元素分析等
在北京、上海、广州设有直接的分支机构 北京-拉曼光谱仪应用中心
220
240
260
Raman Shift (cm-1)
Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diameters
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800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
Raman S hift (cm-1)
Intensity (cnt)
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不同分辨率测量应力实验结果
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4－拉曼光谱仪的几个重要概念
1- 光谱分辨率 2- 灵敏度 3- 共焦特性 4- 激发波长问题 5- 操作方便性
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1-光谱分辨率
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我们能够从拉曼光谱中得到什么信息？
定性的信息 :物质鉴定、结构、晶型、结晶度等 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布
Band postion
band Position shift
Intensity
Band Width
Raman shift
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SiC 晶型分布
-25 000 -20 000 -15 000 -10 000
-5 000 0
5 000 10 000 15 000 20 000 25 000
-20 000
-10 000
0 X (祄)
10 000
2000 祄
20 000
Y (祄)
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超大面积光栅
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NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖
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全球最大拉曼光谱仪制造商
➢ 拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家 （Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具 有40多年的设计和生产历史。 ➢ 在全球已有5000多台仪器安装，是全球 最大的拉曼光谱仪制造商。
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Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm F2= 800mm
XPloRA
全系列光谱仪
—多种光谱分辨率仪器可选择
l1 l2
Aramis
HR 800
T64000
U1000
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仪器： LabRAM HR 激发波长：514nm 光栅： 1800gr/mm
[1] Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)5321–5326.
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Intensity (A.U.)
拉曼是物质的指纹光谱
2000200000 1500150000 1000100000
50050000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
CCO modes
Skeletal Bending