拉曼光谱分析法PPT课件
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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
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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
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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）
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§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
拉曼光谱分析法PPT课件
Shift back away from FT-Raman to dispersive Raman with multichannel detector systems.
2021/3/7
CHENLI
9
Infrared and Raman Spectra of Benzene
IR
2021/3/7
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Raman散射的产生：光电场E中，分子产生
诱导偶极距
= E
分子极化率；
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20
拉曼光谱与有机结构
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。
2021/3/7
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21
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。
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和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较 弱。
structure analysis technique of carbon
materials
Powerful tool for the structural
characterization of diamond or amorphous
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9
Infrared and Raman Spectra of Benzene
IR
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Raman散射的产生：光电场E中，分子产生
诱导偶极距
= E
分子极化率；
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拉曼光谱与有机结构
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。
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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。
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和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较 弱。
structure analysis technique of carbon
materials
Powerful tool for the structural
characterization of diamond or amorphous
第八讲 拉曼光谱分析
39
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
40
晶粒度的影响
8nm 152 85nm 147
41
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
42
新型碳物种研究
43
44
45
46
8
拉曼活性
9
10
拉曼光谱参量 1. 峰位: 是电子能级基态的振动态性质的一种反映。以入射光和散射
光波数差表示。峰位的移动与激发光的频率无关.
2.强度:与浓度成正比. 3.退偏比(depolarization ratio): r = I‖ / I提供分子对称性的信息，并有助于谱线的指认. 共振拉曼散射
压力的影响
47
量子点粒度影响
48
金刚石金属化研究
金刚石特性：硬，化学惰性 金属化目的： 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
100
100 Cr C
depth profile lines Cr as Cr2C C as diamond C as Cr2C
子的极性键，如C=O，C-H，N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。
相反，分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。
可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的。
12
LRS与IR比较
对任何分子可以粗略地用下面的原则来判断其拉曼或红 外活性： 相互排斥规则：凡具有对称中心的分子，若其分子振动 对拉曼是活性的，则其红外就是非活性的。反之，若对 红外是活性的，则对拉曼就是非活性的。 相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，若其分子振 动对拉曼是活性的，则红外也是活性的。
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。
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26
举例1：
C-H弯曲
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举例2：乙炔的红外和拉曼光谱
Asymmetric C-H Stretch
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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)
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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
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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
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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
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ACP(％)
ACP (％)
100
Cr
C
50
0 0
50
O
Cr
C
O
2
4
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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。
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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。
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
拉曼光谱分析法
散射光谱（拉曼光谱）——拉曼散射光谱
分子振动与转动光谱 拉曼光谱分析技术是以拉曼散射为基础建立起来
的分子结构表征技术
主要适用于有机物官能团定性和结构分析，与红外光谱类似，但 特点不同。
第三页，共36页
拉曼光谱的发展： 是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现
（获1930年诺贝尔物理学奖）。
第一页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述 二、拉曼光谱图
1、瑞利散射与拉曼散射 2、拉曼光谱图 3、拉曼光谱与分子极化率的关系
三、去偏振度
四、共振拉曼效应
第二页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述
C.V.Raman，the Indian physicist
1930 Nobel Prize
第九页，共36页
CCl4的拉曼光谱
便携式仪器实测图 （Stocks线）
可见，拉曼光谱观测的是相对于入射光频率的位移 （用波数表示）。
第十页，共36页
因此，拉曼光谱图是以拉曼位移为横坐标，谱带强度
为纵坐标作图得到。
拉曼位移（Raman shift） Δν=| ν拉曼散射 – ν激发光 |
即拉曼散射光频率与激发光频率之差取绝对值。Δv取决于分
Ø 同核双原子分子，它们振动是否具有红外或拉曼活性？
ØCS2分子的对称伸缩振动时，是否具有红外或拉曼活性？反对称
伸缩振动时呢？
第三十六页，共36页
谱还可得到另一个重要的参数——去偏振度。这对于各振 动形式的谱带归属和重叠谱带的分离是很有用的。
第十四页，共36页
处于218cm-1及314cm-1的拉曼谱带，测得值约为ρ=
0.75，属于不对称振动；459cm-1处的ρ= 0.007则为对称 振动。
分子振动与转动光谱 拉曼光谱分析技术是以拉曼散射为基础建立起来
的分子结构表征技术
主要适用于有机物官能团定性和结构分析，与红外光谱类似，但 特点不同。
第三页，共36页
拉曼光谱的发展： 是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次发现
（获1930年诺贝尔物理学奖）。
第一页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述 二、拉曼光谱图
1、瑞利散射与拉曼散射 2、拉曼光谱图 3、拉曼光谱与分子极化率的关系
三、去偏振度
四、共振拉曼效应
第二页，共36页
§11-1 拉曼光谱原理
一、概述
C.V.Raman，the Indian physicist
1930 Nobel Prize
第九页，共36页
CCl4的拉曼光谱
便携式仪器实测图 （Stocks线）
可见，拉曼光谱观测的是相对于入射光频率的位移 （用波数表示）。
第十页，共36页
因此，拉曼光谱图是以拉曼位移为横坐标，谱带强度
为纵坐标作图得到。
拉曼位移（Raman shift） Δν=| ν拉曼散射 – ν激发光 |
即拉曼散射光频率与激发光频率之差取绝对值。Δv取决于分
Ø 同核双原子分子，它们振动是否具有红外或拉曼活性？
ØCS2分子的对称伸缩振动时，是否具有红外或拉曼活性？反对称
伸缩振动时呢？
第三十六页，共36页
谱还可得到另一个重要的参数——去偏振度。这对于各振 动形式的谱带归属和重叠谱带的分离是很有用的。
第十四页，共36页
处于218cm-1及314cm-1的拉曼谱带，测得值约为ρ=
0.75，属于不对称振动；459cm-1处的ρ= 0.007则为对称 振动。
第八讲拉曼光谱分析
斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强度强得多， 在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克斯散射光线。
拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基 态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此， 与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
6
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
40
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
43
新型碳物种研究
44
45
46
拉曼散射的产生与分子的极化率α有关系 α是衡量分子在电场作用下电荷分布发生改变的难易程度，或诱导偶极 距的大小，即单位电场强度诱导偶极距的大小。 散射光与入射光频率的差值即是分子的振动频率
5
拉曼原理
拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差 Δν统称为拉曼位移。
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
26
FT拉曼光谱
采用Nd：YAG激光器，波长为1.064μm的近红外线激发， 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。
拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同的化学键或基 态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此， 与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结 构定性分析的理论依据。
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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
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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
43
新型碳物种研究
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拉曼散射的产生与分子的极化率α有关系 α是衡量分子在电场作用下电荷分布发生改变的难易程度，或诱导偶极 距的大小，即单位电场强度诱导偶极距的大小。 散射光与入射光频率的差值即是分子的振动频率
5
拉曼原理
拉曼位移（Raman Shift） 斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差 Δν统称为拉曼位移。
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
26
FT拉曼光谱
采用Nd：YAG激光器，波长为1.064μm的近红外线激发， 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。
振动光谱分析-拉曼光谱ppt
❖ 普通拉曼光谱仪主要由激光光源，样品室，双 单色仪，检测器以及计算机控制和数据采集系 统组成。
❖ FT-Raman则由激光光源，样品室，干涉仪检测 器以及计算机控制和数据采集系统组成。
FT-拉曼光谱仪原理
❖ 当激发光源经发射镜照射到样品时，通常是在同入射光 成90度的方向收集散射光。散射信号经分光后，进入检 测器。经过光电倍增管将微弱信号转换为电信号，再经 放大检测。
1 S C S
2 S C S 3 S C S
4
拉曼活性 红外活性 红外活性
红外光谱—源于偶极矩变化 拉曼光谱—源于极化率变化
有对称中心的分子其分子振动，对红外和拉曼之一有活性，则另一非活 性。 无对称中心分子，三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。
3.5 FT-显微拉曼光谱仪结构
仪器结构
红外活性和拉曼活性振动
① 红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子。
红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带。
② 拉曼活性振动 诱导偶极矩 = E 非极性基团，对称分子；
拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动。 对称分子： 对称振动→拉曼活性。 不对称振动→红外活性
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
Intensity (A.U.)
2000200000 1500150000 1000100000
50050000 00
❖ FT-Raman则由激光光源，样品室，干涉仪检测 器以及计算机控制和数据采集系统组成。
FT-拉曼光谱仪原理
❖ 当激发光源经发射镜照射到样品时，通常是在同入射光 成90度的方向收集散射光。散射信号经分光后，进入检 测器。经过光电倍增管将微弱信号转换为电信号，再经 放大检测。
1 S C S
2 S C S 3 S C S
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拉曼活性 红外活性 红外活性
红外光谱—源于偶极矩变化 拉曼光谱—源于极化率变化
有对称中心的分子其分子振动，对红外和拉曼之一有活性，则另一非活 性。 无对称中心分子，三种振动既是红外活性振动，又是拉曼活性振动。
3.5 FT-显微拉曼光谱仪结构
仪器结构
红外活性和拉曼活性振动
① 红外活性振动 ⅰ永久偶极矩；极性基团； ⅱ瞬间偶极矩；非对称分子。
红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带。
② 拉曼活性振动 诱导偶极矩 = E 非极性基团，对称分子；
拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动。 对称分子： 对称振动→拉曼活性。 不对称振动→红外活性
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
Raman 峰宽
材料的组成
MoS2, MoO3
加压/拉伸状态
每1%的应变，Si产生 1 cm-1 Raman 位移
晶体的对称性和 取向
用CVD法得到金 刚石颗粒的取向
晶体的质量
塑性变形的量
Intensity (A.U.)
2000200000 1500150000 1000100000
50050000 00
拉曼光谱原理和应用ppt课件
.
拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼散射
发分光子照对拉射光曼分子散子的射时一是，种分一 弹子部性对分散光散射子射。的光只一的有种频分非率子弹（和性光散 子散射间）效的和应碰入。撞射当为光用弹的一性频定碰率频撞相率，等（没。有这激 能种）量散的交射激换是
时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光 的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散 射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导
• 前… 后… 入射光
散射光
分子
分子
• 散射光与入射光有相同的频率
.
emission
excitation
光散射 - 拉曼
• 散射光中的1010光子之一是非弹性散射（拉曼） • 前… 后…
入射光
分子
• 光损失能量，使分子振动
.
分子振动
散射光
ssion
excitation excit.-vib.
.
拉曼光谱的主要困难
• 拉曼散射信号弱（比荧光光谱平均小2－3数量级）。
• 激光激发强。
• 拉曼信号频率离激光频率很近。
• 激光瑞利散射比拉曼信号强1010－1014，对拉曼信号干扰很 大。
• 最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。（中红外区）
• 分子能级与分子光谱
分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似看成是这些运动的 能量之和，即
式中 E t E e E v E r
E 总 ＝ E ｔ ＋ E e E v E r
分别代表分子的平动能、电子运动能、振动能和转动能。除E t 外，其余三项都是量子化的，
拉曼光谱和拉曼效应
• 拉曼散射
发分光子照对拉射光曼分子散子的射时一是，种分一 弹子部性对分散光散射子射。的光只一的有种频分非率子弹（和性光散 子散射间）效的和应碰入。撞射当为光用弹的一性频定碰率频撞相率，等（没。有这激 能种）量散的交射激换是
时，才会出现这种散射。该散射称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光 的频率不等，这种散射成为拉曼散射。Raman散射的几率极小，最强的Raman散 射也仅占整个散射光的千分之几，而最弱的甚至小于万分之一。
• 散射光中，弹性 (瑞利) 散射占主导
• 前… 后… 入射光
散射光
分子
分子
• 散射光与入射光有相同的频率
.
emission
excitation
光散射 - 拉曼
• 散射光中的1010光子之一是非弹性散射（拉曼） • 前… 后…
入射光
分子
• 光损失能量，使分子振动
.
分子振动
散射光
ssion
excitation excit.-vib.
.
拉曼光谱的主要困难
• 拉曼散射信号弱（比荧光光谱平均小2－3数量级）。
• 激光激发强。
• 拉曼信号频率离激光频率很近。
• 激光瑞利散射比拉曼信号强1010－1014，对拉曼信号干扰很 大。
• 最常用的红外及拉曼光谱区域波长是2.5~25μm。（中红外区）
• 分子能级与分子光谱
分子运动包括整体的平动、转动、振动及电子的运动。分子总能量可近似看成是这些运动的 能量之和，即
式中 E t E e E v E r
E 总 ＝ E ｔ ＋ E e E v E r
分别代表分子的平动能、电子运动能、振动能和转动能。除E t 外，其余三项都是量子化的，
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Raman
10
拉曼光谱与红外光谱分析方法比较
拉曼光谱
红外光谱
光 谱 范 围 40-4000C m -1
光 谱 范 围 400-4000C m -1
水可作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
固体样品可直接测定
水不能作为溶剂 不能用玻璃容器测定 需要研磨制成 KBR 压片
2021/3/7
CHENLI
拉曼光谱分析法
刘和文
2021/3/7
CHENLI
1
Remote Raman Analysis on Planetary Missions
To allow Raman spectroscopy at range of 10's of meters.
This NASA-funded project is aimed at Mars landers or landers on other planets, but also has terrestrial uses.
11
Some Raman Advantages
Here are some reasons why someone would prefer to use Raman Spectroscopy. • Non-destructive to samples (minimal sample prep) • Higher temperature studies possible (don’t care about IR radiation) • Easily examine low wavenumber region: 100 cm-1 readily achieved. • Better microscopy; using visible light so can focus more tightly. • Easy sample prep: water is an excellent solvent for Raman. Can probe sample through transparent containers (glass or plastic bag).
2021/3/7
CHENLI
12
Watch for Fluorescence
Spectrum of anthracene. A: using Ar+ laser at 514.5 nm. B: using Nd:YAG laser at 1064 nm.
• a series of anti-Stokes shifted peaks (still lower intensity, shorter wavelength)
• spectrum independent of
excitation wavelength (488,
632.8, or 1064 nm)
Shift back away from FT-Raman to dispersive Raman with multichannel detector systems.
2021/3/7
CHENLI
9
Infrared and Raman Spectra of Benzene
IR
2021/3/7
CHENLI
2021/3/7
CHENLI
IR Absorptions
5
Rayleigh / Raman Transitions and Spectra
2021/3/7
CHENLI
6
Rayleigh / Raman Transitions and Spectra
2021/3/7
CHENLI
7
The Spectrum
2021/3/7
SpCeHcEtrNuLmI of CCl4, using an Ar+ laser at 488 nm.
8
Raman Spectroscopy
Another spectroscopic technique which probes the rovibrational structure of molecules.
E=h(0 + ) 产 生 反 stokes 线 ； 弱；
h(0 - ) E1 V=1 E0 V=0
STOKES
Raman位移：
Raman 散 射 光 与 入
射光频率差；
2021/3/7
0 -
CHENLI
h0 h(0 + ) h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0
0 +
4
Rayleigh / Raman Transitions
2021/3/7
CHENLI
2
激光拉曼光谱基本原理
Rayleigh散射：
激发虚态
h(0 - )
弹性碰撞；
无能量交换，仅
改变方向； Raman散射：
h0
非弹性碰撞
E1 + h0 E0 + h0
h0 h0
h0 +
； 方 向 改 变 且 有 E1
V=1
能量交换；
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射 h
A complete Raman spectrum consists of:
• a Rayleigh scattered peak (high intensity, same wavelength as excitation)
• a series of Stokes-shifted peaks (low intensity, longer wavelenreceived Nobel Prize in 1931.
Can probe gases, liquids, and solids.
Must use a laser source for excitation.
Resurgence in recent years due to the development of new detectors with improved sensitivity.
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
获得能量后，跃迁到激发虚态.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
2021/3/7
CHENLI
3
基本原理
1. Raman散射 E1 + h0
Raman散射的两种 E2 + h0
跃迁能量差：
E=h(0 - ) 产 生 stokes 线 ； 强 ；基态分子多；