拉曼光谱原理及应用免费课件
拉曼光谱-课件分享
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
激光拉曼光谱基础
1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析 ，
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 是否改变来判断的。 对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下， 肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强； 而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不 能产生拉曼活性。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
拉曼原理-LRS与IR比较
拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸 收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
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
23
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
47
100 Cr
100
depth profile lines
拉曼光谱法及其在材料研究中的应用(课件部分)
第一节 拉曼光谱基本原理1.1 拉曼散射与拉曼位移 拉曼线是入射光场与分子振动相互作用的结果。
利用拉曼 拉曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，引入Energy levels of a diatomic moleculeStokes and anti-Stokes scattering for cyclohexane 拉曼散射的经典理论能对电磁波产生拉曼散射，称分子有拉曼活性。
拉曼散射的选择定则 与拉曼散射相比，荧光通常是一种量子效率更高的过程，甚至很少量不纯物质的荧光也可以导致显著的拉曼信号降低。
使用衡荧光干扰、信号强度和检测器响应可获得最佳信噪比。
可以由玻璃或石英制成，而红外光谱测量需要用盐材料。
阵检测器或多通道的电荷藕合器件。
又抑制了荧光的产生。
发光的干扰。
高。
适当的波长还可以实现共振拉曼的测量。
要适合于作不同状态的试样在各种不同条件（如高、低温）等条件下的测试。
的束腰。
为了增强效果， 由于在可见光区域内，拉曼散射不会被玻璃吸收，因此拉状的长圆柱体，并使收集光方向垂直于入射光的传播方向。
拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。
光电倍增管及电子学系统带来的噪声。
近红外FT-Raman光谱仪采用麦克尔逊干涉仪代替色散型表面增强拉曼光谱技术拉曼光谱仪的测试灵敏度等。
Distance dependence of the SERRS spectrum of a dye adsorbedonto silver colloid incorporated in a polymer.The spectrum of copper phthalocyanine taken with four differentexcitation frequencies.Overtones of copper phthalocyanine taken with an excitationfrequency of 514 nm.微区成像分析Polymer crystallinity studied using Raman spectroscopyFT Raman spectra of dicumyl peroxide cured rubber (stretched纤维光学拉曼光谱术Fiber-optic Raman spectroscopy聚合物材料领域：（1）聚合物的分子结构；（2）聚合物的结晶结构；（3）聚合物的取向结构；（4）共混聚合物的相结构；（5）聚合反应动力学；（7）聚合物加工的在线测试；（8）。
拉曼光谱基本原理课件
随着技术的进步，拉曼光谱的发展趋势包括提高光谱分辨率和灵敏度、拓展应用领域、结合其他技术进行联合分 析以及开发便携式设备等。未来，拉曼光谱有望在更多领域发挥其作用，如纳米材料研究、生物成像、地学等领 域。
对拉曼光谱未来发展的展望与期待
拉曼光谱未来发展的展望
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，拉曼光谱在未来将 有望实现更高的分辨率和灵敏度，更深入地揭示物质的内部 结构和化学信息。同时，随着纳米技术的发展，拉曼光谱有 望在纳米材料研究等领域发挥重要作用。
共振拉曼散射（Resonance Raman scattering）：利用激光器的波长与样品的共 振吸收峰相近，从而增强拉曼散射信号。
偏振拉曼散射（Polarized Raman scattering）：研究样品的偏振特性，可获得样 品的分子结构和取向信息。
拉曼光谱的数据处理
01
02
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04
基线校正
高灵敏度拉曼光谱技术
近年来，高灵敏度拉曼光谱技术得到了广泛的研究和应用 。通过使用更先进的检测系统和信号增强技术，可以实现 对微量样品的高分辨率和高效检测。
实时拉曼光谱技术
该技术可以在短时间内获取样品的拉曼光谱信息，为快速 分析和实时监测提供了可能。
拉曼光谱在各领域的应用前沿
01
环境监测
拉曼光谱可以用于检测空气、水和土壤中的有害物质，例如重金属、有
智能化和自动化
随着人工智能和机器学习技术的发展，未来拉曼光谱技术将更加智能化和自动化，实现更 快速、准确的分析和预测。
05
总结与展望
拉曼光谱的基本原理与技术概述
拉曼光谱的基本原理
拉曼光谱是一种基于拉曼散射原理的散射光谱技术。当光在物质中传播时，会与物质的分子或原子相 互作用，引发散射。拉曼散射是其中一种散射方式，它与物质的分子或原子结构相关，可以提供关于 物质内部结构和化学信息的信息。
拉曼光谱课件
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。
红外和拉曼光谱课件PPT
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
拉曼光谱原理及应用讲义
20
White light Image
30
40
50
60
40
50
60
70
80
Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题
不
得
不
说
• 1-灵敏度
的
• 2-光谱分辨率
话
• 3-空间分辨率
影响：准确性、取谱速度、空间分辨效果
光谱分辨率
Intensity (cnt) Intensity (cnt)
12 000 11 000 10 000
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
•组分信息 •结构信息
1800
2000
拉曼光谱给出的信息？
PET的拉曼光谱－－官能团
Bg
Bg
乙二醇模式: 结构的指示剂
羰基伸缩 线宽=>结晶度
拉曼光谱给出的信息？
Intensity (A.U.)
2000200000 甲醇vs. 乙醇
1500150000
CH3OH vs. CH3CH2OH
OH Bending
拉曼光谱应用-鉴定不同材料
在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱
10000
8000
Nylon6 尼龙
6000
拉曼光谱及其应用.pptx
• 拉曼光谱是一种散射光谱，它是1928 年印度物理学家C. V. Raman 发现的。 • 30 年代拉曼光谱曾是研究分子结构的主要手段，此时的拉曼光谱仪是以汞弧灯为光源 ，物质产生的拉曼散射谱线极其微弱，因此应用受到限制，尤其是红外光谱的出现， 使得拉曼光谱在分子结构分析中的地位一落千丈。 • 至60 年代激光光源的问世，以及光电讯号转换器件的发展给拉曼光谱带来新的转机。 世界上各大仪器厂家相继推出了激光拉曼光谱仪，此时拉曼光谱的应用领域不断拓宽。 • 70 年代中期，激光拉曼探针的出现，给微区分析注入活力。 • 80 年代以来，随着科学技术的飞速发展，激光拉曼光谱仪在性能方面日臻完善。目前 ，拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。就 分析测试而言，拉曼光谱和红外光谱相配合可以更加全面地研究分子的运动状态，提 供更多的分子结构分析方面的信息。
应用
➤
区分真假鸡血石➤Fra bibliotek鉴别毒品➤
监测水果表面残留农药
者。
天然鸡血石和仿造鸡血石的拉曼光谱有本质的区别,前者主要是地开石和辰砂的拉曼光谱,后者主要是有机物的拉曼光谱,利用拉曼光谱可以区别二
天然鸡血石的拉曼光谱:
仿造鸡血石的拉曼光谱:
图(a)
上图中,a是地（黑色），b是血（红色） 查阅资料，对不同物质的拉曼光谱进行比对，可以知道，天然鸡血石“地”的主要成分为地开石，天然鸡血石样品“血”既有辰砂又有地开石, 实际上是辰砂与地开石的集合体。仿造鸡血石“地”的主要成分是聚苯乙烯-丙烯腈，“血”与一种名为PermanentBordo的红色有机染料的拉曼光 谱基本吻合。
图(b)
鉴别毒品：使用拉曼光谱法对毒品和某些白色粉末进行了分析，谱图如下：
【2024版】拉曼光谱分析法--ppt课件
优 滤光片组
检测系统
Nd-YAG激光光源
点 ➢ 荧光背景出现机会小
➢ 分辨率高 ➢ 波数精度和重现性好 ➢扫描快，操作方便 ➢近红外光的特性（光纤维中传递性能好、可穿透生物组织）
PPT课件
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✓近红 外激光 光源
Nd-YAG激光器代替可见光激光器； 产生1.064μm近红外激发光，比可见光 长约1倍，影响信噪比，FT技术克服； 激发光能量低于荧光所需阈值。
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电
2动 子
1 0
能 级
基 态
e e
Rayleigh 散射 PPT课件
Raman 散射 8
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
PPT课Δ件ν/cm-1
9
CCl4的拉曼光谱
适用于分子结构分析
PPT课件
11
3、拉曼光谱与分子极化率的关系 拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
若分子在电场E（光波的电磁场）中，产生诱导偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
反映了分子中电子云 变形的难易程度
分子极化率是诱导偶极矩与外电场的强度之比
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
➢干涉滤光片组，由折射率高低不同 的多层材料交替组合而成。
✓检测器
➢室温下的铟鎵砷检测器 ➢液氮冷却的锗检测器
PPT课件
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三、激光显微拉曼光谱仪
使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位 （直径小至5 μm ），可精确获取所照射部位的拉 曼光谱图。 ➢ 共焦显微激光拉曼光谱仪（使用CCD检测器）： 显微镜的物镜和目镜的焦点重合于一点，排除了非 焦点处组分对成像的影响，可显示微区的不同深度 和三维结构信息。 ➢ 激光拉曼光纤探针：光导纤维传感技术与显微镜 耦合而成，可对远距离、特殊环境中试样的拉曼散 射进行原位遥感探测。
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
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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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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
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光的散射
λ
拉
曼
λ
增 大
减 小
λ
散 射
变
样 透过光λ不变
Raman拉曼光谱原理及应用-刘仕锋_图文.
拉曼光谱学——原理及应用HORIBA Jobin Yvon北京办事处报告内容¾1-什么是拉曼光谱? –简单介绍¾2-拉曼光谱仪工作原理介绍¾3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍¾4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介1928年,印度科学家C.V Raman in首先在CCL 4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。
时间和发现人?Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Scienceλlaserλscatter >λlaser瑞利散射λscatter = λlaser 拉曼散射光散射的过程:激光入射到样品,产生散射光。
散射光弹性散射(频率不发生改变-瑞利散射非弹性散射(频率发生改变-拉曼散射2 0004 0006 0008 00010 000I n t e n s i t y (c n t 400 600Raman Shift (cm -1520不同材料的拉曼光谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱z 为表征和鉴别材料提供了指纹谱z 深入开展光谱学和材料物性研究打下基础133215802000015000100005000100012001400160018002000Wavenumber (cm-1•组分信息•结构信息羰基伸缩线宽=>结晶度碳环伸缩模式乙二醇模式:结构的指示剂B gB gPET的拉曼光谱--官能团拉曼是指纹光谱2000015000100005000500100015002000250030003500νi = νo -ν(cm -1500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 20000150001000050000I n t e n s i t y (A .U .OH stretchingCH3 StretchingModesSkeletalBendingCCO modesOH BendingCH3 and CH2 Bending Modes甲醇vs. 乙醇CH 3OH vs.CH 3CH 2OH¾化学组成,污染物探测...¾振动频率可以给出结构的细微变化,对于分子所处的局域环境,比如晶相,局域应力和结晶度等都很敏感¾结构信息(晶体、无定形、同分异构体…定性的信息:拉曼光谱是物质结构的指纹光谱定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布Band postionband PositionshiftI n t e n s i t yBand WidthRaman shift拉曼光谱的特征拉曼频移峰位与激发波长没有关系3500030000250002000015000100005000I n t e n s i t y (a .u .50010001500200025003000 Wavenumber (cm-1 633 nm250002000015000100005000I n t e n s i t y (a .u . 50010001500200025003000 Wavenumber (cm-1 785 nm 70000600005000040000300002000010000I n t e n s i t y (a .u .50010001500200025003000Wavenumber (cm-1532 nm多激发波长:选择适合的激发波长•一般情况,拉曼光谱是不随激发波长的变化而变化的然而…•I Raman α1/λ4•UV or NIR激发可以避开荧光的干扰•不同λexcitation 可以分析样品不同层的信息2-拉曼光谱仪的工作原理拉曼光谱测量原理:激光样品滤光装置光栅探测器•瑞利滤光片(去除瑞利散射光-颜色不发生改变的光•耦合光路-光照射到样品,收集散射光(大光路和显微光路•光源-(太阳光-Hg灯-激光•光谱仪和探测器一般为单光栅光谱仪和CCD 探测器几个拉曼实验中的重要因素•1-灵敏度•2-光谱分辨率•3-空间分辨率影响:准确性、取谱速度、空间分辨效果不得不说的话——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题1 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 00010 00011 00012 000I n t e n s i t y (c n t200250300350400450500550Raman Shift (cm -1sic11-532 1800sic11-532 60005001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000I n t e n s i t y (c n t555560565570575580585Raman Shift (cm -1sic11-532 1800sic11-532 600分辨率为2 cm -1普通分辨率分辨率为0.65 cm -1高分辨率SiC 的拉曼光谱图光谱分辨率吉林大学样品1 0002 0003 0004 0005 0006 0007 000I n t e n s i t y (c n t2004006008001 0001 2001 4001 6001 800Raman Shift (cm -1CaCO3-1800CaCO3-600红色:分辨率(2cm-1模式兰色:高分辨率(0.65 cm-1模式190200210220230240Raman Shift (cm -1CaCO3-1800CaCO3-600光谱分辨率010 -8567 9966 -219怎样找到一台高分辨的拉曼谱仪?光谱仪的焦长:250mm、300mm、460mm、800mm……2m 密决?空间分辨率(共焦技术共焦针孔微区空间分辨率?非聚焦共焦技术可以实现:•得到更好的横向分辨率(<1µm•极大的提高了纵向分辨率(‾2 µm•有效地减少荧光干扰应用中可以解决:¾微米和亚微米颗粒¾可以研究材料中的包裹体¾XY 和Z 成像: 相分布和结构分布,多层膜样品分析x10351015I n t e n s i t y (c n t-40-30-20-100Z (祄x10-335I n t e n s i t y (c n t10001200140016001800Raman Shift (cm -1700800900I n t e n s i t y (c n t 1000 1200140016001800Raman Shift (cm -1好的共焦状态清晰的界面结果! ——寻找好的共焦技术?高分子多层膜高分子多层膜共焦状态不好界面?05 00010 00015 00020 000I n t e n s i t y (c n t-40-30-20-10Z (祄3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍拉曼光谱应用领域:1:半导体材料; 2:聚合体;3:碳材料; 4:地质学/矿物学/宝石鉴定;5:生命科学; 6:医药;7:化学;8:环境;9:物理10:考古;11:薄膜;12: 法庭科学:违禁药品检查;区分各种颜料,色素,油漆,纤维等;爆炸物的研究;墨迹研究;子弹残留物和地质碎片研究1-聚合物,高分子拉曼光谱应用-鉴定不同材料在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱100008000600040002000500100015002000250030003500Nylon6尼龙Kevlar合成纤维Pstyrene聚苯乙烯PETPaper纸纤维Ppropylene丙烯PE/EVA聚乙烯Only one point of the sample is illuminated by the laser and the corresponding spectrum is recorded -takes full advantage of confocal filtering DetectorSpectral imagePoint by point illumination : Sample rastering in x and y拉曼光谱成像方法Sample on XY motorised stageGratingImagingAccessories高分子聚合物Video Image of Polymer matrix-Blue box indicates mapped areaRaman Mapping usesthe confocal Ramanmicroscope to analyzediscrete points acrossa sample surface.200015001000500500100015002000Wavenumber (cm-18000600040002000500100015002000Wavenumber (cm-1Single spectrum Component 1Single spectrum Component 2The Raman map consists of the superimposed spectra of the both components.The cursors than can be used to generateRaman mapped imagesBecause of confocality the Raman map can show very exactly the localization of comp. 1 and 2(spatial resolution at λex = 633 nm 0.8 µm lateral and 1.2 µm axial高分子聚合物2030405060L e n g t h Y (祄4050607080Length X (祄Confocal Raman mapped image generated from two different spectral bands observed in the polymer matrix.The software is used to overlay the two component maps, green and blue.White light Image高分子聚合物2-纳米材料0.00.51.01.52.02.53.0I n t e n s i t y (c n t /s e c 5001 0001 5002 000Raman Shift (cm -1碳纳米管研究Radial Breathing ModeTube Diametern Tangential Modes (G-ModesElectronic propertieso D-bandInfo on defectsp不同管径的碳纳米管与不同激发波长共振,因此可以通过不同激发波长研究不同手性和管径的碳纳米管Density of electron statesE n e r g yv 2v 1c 1c 2543210-1-2-3-4-50 2 4 6 8 10ConductionValence玻尔半径e-+d t RadiusTuneable BandgapCNT的拉曼光谱和荧光光谱共点测量250200150100500I n t e n s i t y (c o u n t s /s11001200130014001500Wavelength (nm14012010080604020I n t e n s i t y (c o u n t s /s50010001500Wavenumber (cm-1数据来自Prof. Honda, Tokyo University of SciencePL 光谱和拉曼光谱对于CNT的管径和手性都非常敏感RamanPL由于SWCNTs的发光范围集中在1.0 to 1.6 um, 所以有很大的应用前景. (Arrows mean CNT bandLabRAM 系列可以共点测量Raman 光谱和PL光谱794nm~914nm CCD detector1100nm~1550nm InGaAs detector激发光: 785nmSi 片表面单根碳纳米管分布•SWNTspectra5 祄25303540L e n g t h Y (祄1520253035Length X (祄8060402005 祄25303540L e n g t h Y (祄1520253035Length X (祄151055 祄25303540L e n g t h Y (祄1520253035Length X (祄50403020100157.8264.8167.560 50403020100I n t e n s i t y (a .u . 160180200220240260 Wavenumber (cm-1 262.9-270.6 cm-1 165.6-169.5 cm-1 157.8-161.7 cm-1 RB mode1596.51587.6 1563.55004003002001000I n t e n s i t y (a .u . 15001520154015601580160016201640Wavenumber (cm-11589.51578.05004003002001000I n t e n s i t y (a .u . 15001520154015601580160016201640Wavenumber (cm-12 1594.1 1581.0 5004003002001000I n t e n s i t y (a .u . 15001520154015601580160016201640Wavenumber (cm-1G bandSWCNTs of different d t are isolated on a Si wafer Single SWCNTislands单根GaN 纳米线的偏振拉曼光谱成像[509-552]cm -1A 1(TO[558-575]cm -1E 2(high[509-552]cm -1A 1(TO[558-575]cm -1E 2(highY(ZZY Y(ZZY Y(XXY Y(XXY Jobin-Yvon LabRAM HR800 + inverted microscope, x100, 0.9 NAFrançois Lagugné-Labarthet et al. UniVersitéBordeaux, France3-医药学-药物成分分布这个光谱成像显示了药片中3种成分的分布:淀粉; 纤维素; MgStearate(药物成分.-350-300-250-200-150-100-500Y (祄-300-200-1000X (祄20 祄左图:包裹体白光像点1(绿点:气相对应光谱中的蓝色线点2(红点:液相对应光谱中的红色线4-矿物包裹体中的气泡研究沟槽宽度350 nm,间距250nm.白光像Video image : one spectrum has been recorded each 10 nm.Sample courtesy of ATMEL Rousset/ Universite Paul CEZANNE182022242628L e n g t h Y (祄262830323436Length X (祄有图形的Si片表面应力研究22.722.822.923.0L e n g t h Y (祄30.531.031.532.0Length X (祄3000 2500200015003000250020001500280026002400220020001800I n t e n s i t y (c o u n t s /s 30.531.031.532.0Length X (祄250nm350 nm5-应力研究应力研究(形变-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-350-250-150-5050150250350Stress (MPaF r e q u e n c y S h i f t (c m -1COMPRESSION TENSION•压应力:键长减小,峰位向高波数方向移动•张应力:键长变长,峰位向低波数方向移动测厚度&无损方法???特殊应用中独辟傒径!!!510152025305165175185195205210.0050.0100.0150.0200.0255005205402000400060008000R a m a n S h i f t (c m -1 Laser Power (mWSpectrum Width (cm -12.6mW 6.5mW 13mW 26mWI n t e n s i t y (a .u .Raman Shift (cm -120040060080010001.52.02.53.03.54.0T h i c k n e s s (μmBeam Spot Position (μmRaman Spectroscopy SEM清华大学微电子系的MEMS器件选择不同激发波长-应力研究Laser WavelengthSi Ge nm nm nm 633300051476219.245731318.7325~10~15244~1Penetration Depth In strain measurement for sSi and SiGe, the laser used will mostly depend on the penetration depth . UV is usually a method of choice due to its little penetration in Silicon and Germanium6-拉曼光谱在欧莱雅产品研发中的应用stratum corneum(5 -15 μmepidermis (40 -1000 μmdermis (1 -4 mmsubcutaneous fat CH2/proteinOH/water20µmSurface: 0µm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会使电磁场增强-增强的电磁场可以使在金属颗粒表面的分子拉曼信号极大的增强-激光激发了金属表面的等离子体I‾PRamanP (电子偶极子= α(分子极化率.Ε(内电场活细胞内药物与细胞的相互作用2 祄6004002001000 1200 1400 1600 Wavenumber/ cm-1 Ramanintensity/a.u.freeintracell.*Intensity of the band (*:1296-1306 cm -11000HORIBA Jobin Yvon 拉曼光谱仪介绍专家级 T64000 高性能三级拉曼光谱仪研究级 LabRAM HR (高分辨单级拉曼光谱仪研究级 LabRAM ARAMIS(全自动研究级 LabRAM XploRA(智能型。
表面增强拉曼光谱分析原理及应用ppt课件
1923年德国的Smeka理论上预言了光的非弹 性散射 。
1926年印度物理学家Raman在论文中开始并 没有肯定这种散射是非弹性的,以后的许多 次实验最终证明了这种散射的非弹性,他将 这种效应称为“一种新辐射”。
1928年,Raman和Kishnan首先在液体苯中观
察到了这种散射效应。此后不久,俄国物理
22
4、表面增强拉曼光谱概述
4.1 SERS的发现
表面增强拉曼散射现象第一次被观测到,是在 1979年,Fleischman小组在对粗糙化的Ag电极表面 的吡啶进行研究时,发现其具有巨大的拉曼散射现 象[4]。后来直到VanDuyne和Creighion领导的两个 研究小组[5,6]分别重复了这个实验并证实了这一现 象。通过计算,这种银电极表面的吡啶分子的拉曼 信号是其水溶液的106倍。这一崭新的现象被称之 为表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)。
瑞利散射： 弹性碰撞， 无能量交换， 仅改变方向。 拉曼散射： 非弹性碰撞； 方向改变， 且有能量交换。
9
拉曼散射的两种能量差
10
A、ΔE=h(v0– Δv）
产生stokes线：强；基态分子多
B、ΔE=h(v0＋ Δv)
产生反stokes线：弱
Stokes与反Stokes线的频率与入射光频率之差Δv 称为Raman位移。同一种物质分子，随着入 射光频率的改变，Raman线的频率也改变， 但位移Δv始终保持不变，故Raman位移与 入射光频率无关。
S: 表示scattering或者spectroscopy，当强调光学效应 时,用scattering；当强调光谱技术及其应用时,用 spectroscopy。
拉曼光谱原理及应用--ppt课件
➢ 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。
拉曼光谱基本原理通用课件
CHAPTER
内标法与外标法
内标法
通过在样品中添加已知浓度的标准物质作为内标，利用内标物的峰面积或峰高与浓度之间的线性关系，对未知样 品的浓度进行定量分析。
外标法
通过比较已知浓度的标准样品的拉曼光谱与未知样品的拉曼光谱，根据标准样品的浓度和峰面积或峰高之间的关 系，对未知样品的浓度进行定量分析。
峰面积法与峰高法
要点一
峰面积法
通过测量拉曼光谱中某个峰的面积，利用峰面积与浓度之 间的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
要点二
峰高法
通过测量拉曼光谱中某个峰的高度，利用峰高与浓度之间 的线性关系，对未知样品的浓度进行定量分析。
多元光谱分析方法
• 多元光谱分析方法：利用多个拉曼光谱之间的信息，通过统计分析和数学建模，对未知样品的成分和浓度进行 定量和定性分析。例如偏最小二乘法、主成分分析法等。
拉曼散射的物理过程
当光波与介质分子相互作用时，光波吸收或释放能量，导致光波的频率发生变 化。这种变化遵循斯托克斯-拉曼散射定律。
拉曼光谱的峰位与峰强
1 2 3
峰位的确定 拉曼光谱的峰位表示散射光的频率变化，通常用 波数（cm^-1）或波长（nm）表示。
峰强的意义 峰强表示散射光的强度，反映了散射过程的概率 大小。一般来说，峰强越强，表示该频率的散射 过程越容易发生。
拉曼光谱的未来
随着技术的不断进步，拉曼光谱将在未来发挥更 加重要的作用。
拉曼光谱的基本原理及特点
拉曼光谱基本原理
拉曼光谱是一种基于光的散射效 应的技术，通过分析散射光的频 率和强度来推断样品的性质。
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，
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Intensity
Band postion band Position shift
Band Width
Raman shift
拉曼光谱的特征
拉曼频移
峰位与激发波长没有关系
多激发波长：选择适合的激发波长
70000
60000
Intensity (a.u.)
50000
20
White light Image
30
40
50
60
40
50
60
70
80
Length X (祄)
Length Y (祄)
2-纳米材料
碳纳米管研究
3.0
2.5
Tube Diameter
2.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic properties
Radial Breathing Mode
9 000 8 000 7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
0
SiC的拉曼光谱图
分辨率为 2 cm-s1i普c1通1-5分32辨18率00
4 000
分ssiicc11辨11--553322率1680000 为0.65 csmic-11高1-5分32辨60率0
20 000 15 000 10 000
5 000 0 -40
-30
-20
Z (祄)
共焦状态不好
-10
0
界面？
3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍
拉曼光谱应用领域：
1：半导体材料; 2：聚合体；3：碳材料； 4：地质学/矿物学/宝石鉴定； 5：生命科学; 6：医药；7：化学； 8：环境；9：物理 10：考古；11：薄膜; 12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维 等；爆炸物的研究；墨迹研究；子弹残留物和地质碎片研究
Energy
5
4
3
2
c2
1
+
c1
0 Tuneable Bandgap
-1
e-
v1
-2
v2
-3
-4
-5 0 2 4 6 8 10
Density of electron states
玻尔半径 dt Radius
CNT的拉曼光谱和荧光光谱共点测量
数据来自 Prof. Honda, Tokyo University of Science
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (cm-1)
D-band Info on defects
不同管径的碳纳米管与不同激发波长共振,因此可以 通过不同激发波长研究不同手性和管径的碳纳米管
Conduction Valence
拉曼光谱学 ——原理及应用
HORIBA Jobin Yvon 北京办事处
报告内容
➢1-什么是拉曼光谱 ? – 简单介绍 ➢2-拉曼光谱仪工作原理介绍 ➢3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍 ➢4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介
什么是拉曼效应?
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
35
1000
Intensity (cnt)
1200
1400
1600
Raman Shift (cm-1)
15
1800
10
5
0
1200
1400
1600
1800
-40
Raman Shift (cm-1)
好的共焦状态
-30
-20
-10
0
Z (祄)
清晰的界面结果！
空间分辨率(共焦技术)
高分子多层膜
Intensity (cnt)
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。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
2500
3000
785 nm
1000
1500
2000 Wavenumber (cm-1)
2500
3000
2-拉曼光谱仪的工作原理
拉曼光谱测量原理：
光栅
探测器
滤光装置
激光
样品
•光源－（太阳光-Hg灯-激光） •耦合光路-光照射到样品，收集散 射光 （大光路和显微光路）
•瑞利滤光片（去除瑞利散射光 －颜色不发生改变的光）
高分子聚合物
Video Image of Polymer matrix - Blue box indicates mapped area
Raman Mapping uses the confocal Raman microscope to analyze discrete points across a sample surface.
什么是拉曼效应?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
散射光
弹性散射（频率不发生改变-瑞利散射）
非弹性散射（频率发生改变-拉曼散射）
瑞利散射
scatter= laser
laser
拉曼散射
scatter> laser
什么是拉曼效应?
拉曼光谱给出的信息？
520
不同材料的拉曼光
10 000
1200
1400
1600
Wavenumber (cm-1)
•组分信息 •结构信息
1800
2000
拉曼光谱给出的信息？
PET的拉曼光谱－－官能团
Bg
Bg
乙二醇模式: 结构的指示剂
羰基伸缩 线宽=>结晶度
拉曼光谱给出的信息？
Intensity (A.U.)
2000200000 甲醇vs. 乙醇
1500150000
The Raman map consists of the superimposed spectra of the both components.
The cursors than can be used to generate 2000 Raman mapped images
Because of confocality the Raman map can show very exactly the localization of comp. 1 and 2 (spatial resolution at ex = 633 nm 0.8 µm lateral and 1.2 µm axial)
PL 光谱和拉曼光谱对于CNT的管径和手性都非常敏感
由于SWCNTs的发光范围集中在1.0 to 1.6 um, 所以有很大的应用前景.
Intensity (counts/s) Intensity (counts/s)
激发光 : 785nm
Raman
PL
140
794nm~914nm
3 500
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
555
560
565
570
575
580
585
Raman Shift (cm-1)
200
250
300
350
400
450
500
550
Raman Shift (cm-1)
光谱分辨率
Intensity (cnt)
7 000 6 000 5 000 4 000 3 000 2 000 1 000
•光谱仪和探测器 一般为单光栅光谱仪和CCD探测器
几个拉曼实验中的重要因素
——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题
不
得
不
说
• 1-灵敏度
的
• 2-光谱分辨率
话
• 3-空间分辨率
影响：准确性、取谱速度、空间分辨效果
光谱分辨率
Intensity (cnt) Intensity (cnt)
12 000 11 000 10 000
高分子聚合物
2000
1500
Single spectrum 1000 Component 1
500
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
8000
Single spectrum 6000 Component 2
4000
2000
500
1000
1500
Wavenumber (cm-1)
1-聚合物,高分子
拉曼光谱应用-鉴定不同材料
在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱
10000
8000
Nylon6 尼龙
6000
Kevlar 合成纤维
Pstyrene 聚苯乙烯
4000
PET
2000
Paper 纸纤维
Ppropylene丙烯
PE/EVA
0
聚乙烯
500
1000
1500
2000
2500
3000
• 一般情况，拉曼光谱是不随激发波长的变化而变化的 40000
30000
然而…