拉曼仪器和实验方法

拉曼仪器和实验方法

26/7/2010

NaNO3溶液

样品435.8 nm

分光棱镜

照相干板

拉曼光谱

C. V. Raman

6b

拉曼光谱基本原理

h v Resonance

Raman

Rayleigh h v 0

虚态

h(v 0-v )

Stokes

h(v 0＋v Anti-Stokes

IR

激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state 电子立即跃迁到下能级而发光。

拉曼强度:

（拉曼散射截面)

红外拉曼•

•••

纯化样品；强激光照射；改变激发光波长

利用脉冲激光源：时间分辨10加荧光淬灭剂(金属，I)

h v Resonance

Raman

Rayleigh h v 0

虚态

h(v 0-v )

Stokes

h(v 0＋v Anti-Stokes

IR

Qt

T T K V D d d I m o a a a

laser signal

⋅Ω⎟⎠⎞⎜⎝⎛Ω=σ仪器的收集，传输和检测效率

单个分子的微分散射截面

cm 2 molecule -1sr -1

激光功率密度photons·s -1·cm -2(或W ·s -1·cm -2)

分子数密度molecules·cm -3(molecules·cm -2)检测试样体积

cm 3（cm 2）

几何因

子，与试样形貌有关

收集立体角sr

光学元件，色散系统的光传输率

检测器的量子效率e -·photon -1

检测时间s

信号电子量

拉曼仪器介绍

•Display

M4

M8

M4H1H2

S1HF1

HF2

D1D2L1

L2

Imaging CCD

L5L3

L4

L6

LabRam I Dilor 632.8 nm

光学元件原理空间滤波器－pinholes

H2S1 H1

f

d

光学元件原理－band pass filter

在拉曼和荧光光谱中很常用，用于滤除其它等离子线，通常用于最靠近样品但不影响收集光路的位置

half: 637.4 nm, 120 cm-1.

聚合物膜切边较好，

宽度，OD

激发光源－激光

拉曼的激发源必须是单色的－－为何？拉曼光谱使用的激光一般要求是单纵模，而且线宽很窄,一般要求线宽为0.01-0.05 cm-1为何用激光作激发源？－－－信号弱

激光出现之前的实验利用的是高压汞灯－但是分光后强度极低. 拉曼信号的强度I∝ν4激发光的波长越短，信号越强

He-Cd: 325 nm 25 mW

Ar+Ion: 244, 514.5 nm0.1~15 W

He-Ne: 632.8 nm40 mW

Diode Lasers: 785 nm 40 mW

Nd: YAG: 532nm

•Calculation of photon flux (Q)(photons/second) on the basis

Lens

1.0

光栅的色散原理

从光栅公式得到的结论：

检测器

PMT ：photo multiplier Tube －光电倍增管APD: Avalanche Photodiode Detector －雪崩二极管CCD ：Charge-coupled Devices －电荷耦合器件

Cooled NIR detector, 1024 x 256 pixel array, 26 µm square pixels. From Jobin Yvon.

拉曼信号极其微弱,需要高灵敏度的检测器

100

300

500

700

900

1100

010

2030

40

1003005007009001100

010

203040

514.5

632.8

Q u a n t u m e f f i c i e n c y (%)

Wavelength (nm)

实验室现有的拉曼光谱仪器

Renishaw

LabRam HR

CCD

收集到的信号

M4

M8

M4H1H2

S1HF1

HF2

D1D2L1

L2CCD camera

L5L3

L4

L6

Dilor Labram I 光路，632.8 nm

camera

L4

的位置

H1

H1

S1

2

NA

z λ

≈

Δf

d

简化的光路图

M M

M G

M

M

α-SNOM, Witec, 532 nm