RAMAN拉曼实验讲义报告
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光共焦显微 拉曼光谱仪
NJUST
教学要求
1、掌握RAMAN光谱仪的基本原理和结构
2、了解RAMAN光谱仪的适用范围及一般应用
3、通过对样品的测试掌握 LabSpec5 软件的
操作过程，学会谱图解析的一般方法
拉曼光谱概述
拉曼效应
1928 年，印度科学家C.V Raman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，把这种效应命名为 Raman效应。为此拉曼获得 1930年度的诺贝尔物理学奖。 从拉曼光谱的研究可以得到 有关分子振动或转动的信息。
拉曼光谱原理
红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则 伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子 内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。 当一定频率的激发光照射一分子时，一部分散射光的频率 与入射光的频率相同，这种散射是分子对光子的一种弹性 散射，其碰撞为弹性碰撞，没有能量交换，称为瑞利散射 ，是由英国物理学家瑞利提出而得名。 还有一部分散射光 的频率和激发光的频率不等，这种散射称为拉曼散射。 弹性散射：在散射过程中没有发生能量变化的散射 非弹性散射：在散射过程中发生能量变化的散射
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
品的检查/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。
本实验室激光共焦显微拉曼光谱仪
能级பைடு நூலகம்意图
虚态
h 0 h 0
E1 E0
h 0
h 0
h( 0 )
h 0
h 0
E1 E0
h( 0 )
E h
0
瑞利散射
0 0 0
拉曼散射
通过非弹性散射光子与入射光子能量的差别， 我们可以得到分子振动和转动能级的信息。 例如:苯环振动模式在拉曼谱图的归属：
拉曼光谱技术的应用
4、药物 认定和分析药物成分、关键添加剂、填充剂、毒品 对药物的纯度和质量进行质量控制。 5、刑侦 检测易燃易爆物，毒品药品，生物武器试剂，墨水 及文件。 6、生物和医学 测量血液和血清中总蛋白质及生物溶质含量，决定 新陈代谢产物的浓度，测量血液和组织的含氧量，在分 子水平上对癌症（如子宫癌、肺癌等）和心血管疾病 （如动脉硬化）进行诊断。
拉曼光谱技术的应用
7、食品 测量食物油中脂肪酸的不饱和度，检测食品中的 污染物如细菌，认定营养品和果品饮料中的添加药物。 8、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 类。 9、材料 铁(介)电体，磁性材料，半导体，地质，考古， 环境等。
拉曼光谱应用领域
3.水是极性很强的分子，红外吸收非常强烈。但水 的拉曼散射却很微弱，因而这对生物大分子的研究 非常有利，此外玻璃的拉曼散射也较弱，因而玻璃 可以用做窗口材料 4.对于聚合物及其分子，拉曼散射的选择定律的限 制较小，因而可以得到丰富的谱带。 5.拉曼光谱的频率不受单色光源频率的限制，可根 据样品的不同性质而选择，比如对于荧光强的物质 可以选择长波长或短波长的激发光。
拉曼光谱的特点
拉曼光谱作为红外光谱的补充技术，还具有自身的 优点：
1.制样简单，气体样品可采用多路反射气槽测定。液 体样品可装入毛细管中测定，不挥发的液体可直接 用玻璃瓶装盛测量，固体粉末可直接放在载波片上 测试。
2.由于激光束的直径较小，且可进一步对焦，因而微 量样品也可测量。
拉曼光谱的特点
拉曼光谱图给出的信息
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
谱带位置：化学组成, 结构,构象,形态 频率位移：应力 ，温度 半 高 宽： 结晶度 强 度： 浓度或物质的量
拉曼光谱和红外光谱的比较
拉曼光谱和红外光谱均属于分子振动和转动光谱，在许 多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频 率。因此红外测量能够得到的信息同样也出现在拉曼光 谱中，红外光谱解析中的定性三要素（峰位，峰强和峰 形）对拉曼解析也是适用。 但由于这两种光谱的分析机理不同，在提供信息上也是 有差异的，通常分子的对称性愈高，红外与拉曼光谱的 区别就愈大，非极性官能团的拉曼散射谱带较为强烈， 极性官能团的红外谱带较为强烈，例如在许多情况下， C=C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外谱带较为强烈，而 C=O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显著。
散射光的频率分布
拉曼光谱原理
从能级的角度来讲拉曼散射，是分子先吸收了光 子的能量,从基态跃迁到虚态,到了虚态之后，由 于处于高能级，它从虚态返回到第一振动能级， 释放能量,这样放出的光子的能量小于入射光子的 能量，这就是拉曼散射的一种，也就是处于斯托 克斯散射。当从第一振动能级跃迁到虚态，然后 从虚态返回到基态，这样放出的能量就大于入射 光的能量，这就是处于反斯托克斯区，也是拉曼 散射的一种。能量不变的就是瑞利散射。
生产公司：HORIBA JOBIN YVON 型 号：Aramis
拉曼光谱的优势
信息
样品
• 各种性状 • 无需特殊处 理 • 含水样品 • 玻璃样品池
方法
• 无损， 非破 坏性 • 特异性 • 微量和宏观 • 实时检测 • 活体检测
• 分子层面 • 对结构和环 境敏感
拉曼光谱技术的应用
1、化学物质 认定、分析、和特性测量有机物、无机物，包括溶剂、 汽油化工产品、碳物质、薄膜。 2、化学过程 跟踪高分子配方和聚合过程，实时测量（包括定量测 量）混合物（包括溶剂混合物及水溶液）。 各组成成分 的含量，检查有机污染物，跟踪化学反应的中间和末端 产物，预测聚合物的型态特征。 3、高分子聚合物和塑料 质量控制进厂和出厂产品，认定生产过程中的污染物 质，实时监测聚合反应过程，预测双折射、晶状性、结 晶温度等物理特性。
NJUST
教学要求
1、掌握RAMAN光谱仪的基本原理和结构
2、了解RAMAN光谱仪的适用范围及一般应用
3、通过对样品的测试掌握 LabSpec5 软件的
操作过程，学会谱图解析的一般方法
拉曼光谱概述
拉曼效应
1928 年，印度科学家C.V Raman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，把这种效应命名为 Raman效应。为此拉曼获得 1930年度的诺贝尔物理学奖。 从拉曼光谱的研究可以得到 有关分子振动或转动的信息。
拉曼光谱原理
红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化，而拉曼散射则 伴随着分子极化率的改变，这种极化率的改变是通过分子 内部的运动（例如转动、振动等）来实现的。 当一定频率的激发光照射一分子时，一部分散射光的频率 与入射光的频率相同，这种散射是分子对光子的一种弹性 散射，其碰撞为弹性碰撞，没有能量交换，称为瑞利散射 ，是由英国物理学家瑞利提出而得名。 还有一部分散射光 的频率和激发光的频率不等，这种散射称为拉曼散射。 弹性散射：在散射过程中没有发生能量变化的散射 非弹性散射：在散射过程中发生能量变化的散射
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
品的检查/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。
本实验室激光共焦显微拉曼光谱仪
能级பைடு நூலகம்意图
虚态
h 0 h 0
E1 E0
h 0
h 0
h( 0 )
h 0
h 0
E1 E0
h( 0 )
E h
0
瑞利散射
0 0 0
拉曼散射
通过非弹性散射光子与入射光子能量的差别， 我们可以得到分子振动和转动能级的信息。 例如:苯环振动模式在拉曼谱图的归属：
拉曼光谱技术的应用
4、药物 认定和分析药物成分、关键添加剂、填充剂、毒品 对药物的纯度和质量进行质量控制。 5、刑侦 检测易燃易爆物，毒品药品，生物武器试剂，墨水 及文件。 6、生物和医学 测量血液和血清中总蛋白质及生物溶质含量，决定 新陈代谢产物的浓度，测量血液和组织的含氧量，在分 子水平上对癌症（如子宫癌、肺癌等）和心血管疾病 （如动脉硬化）进行诊断。
拉曼光谱技术的应用
7、食品 测量食物油中脂肪酸的不饱和度，检测食品中的 污染物如细菌，认定营养品和果品饮料中的添加药物。 8、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 类。 9、材料 铁(介)电体，磁性材料，半导体，地质，考古， 环境等。
拉曼光谱应用领域
3.水是极性很强的分子，红外吸收非常强烈。但水 的拉曼散射却很微弱，因而这对生物大分子的研究 非常有利，此外玻璃的拉曼散射也较弱，因而玻璃 可以用做窗口材料 4.对于聚合物及其分子，拉曼散射的选择定律的限 制较小，因而可以得到丰富的谱带。 5.拉曼光谱的频率不受单色光源频率的限制，可根 据样品的不同性质而选择，比如对于荧光强的物质 可以选择长波长或短波长的激发光。
拉曼光谱的特点
拉曼光谱作为红外光谱的补充技术，还具有自身的 优点：
1.制样简单，气体样品可采用多路反射气槽测定。液 体样品可装入毛细管中测定，不挥发的液体可直接 用玻璃瓶装盛测量，固体粉末可直接放在载波片上 测试。
2.由于激光束的直径较小，且可进一步对焦，因而微 量样品也可测量。
拉曼光谱的特点
拉曼光谱图给出的信息
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
谱带位置：化学组成, 结构,构象,形态 频率位移：应力 ，温度 半 高 宽： 结晶度 强 度： 浓度或物质的量
拉曼光谱和红外光谱的比较
拉曼光谱和红外光谱均属于分子振动和转动光谱，在许 多情况下，拉曼频率位移的程度正好相当于红外吸收频 率。因此红外测量能够得到的信息同样也出现在拉曼光 谱中，红外光谱解析中的定性三要素（峰位，峰强和峰 形）对拉曼解析也是适用。 但由于这两种光谱的分析机理不同，在提供信息上也是 有差异的，通常分子的对称性愈高，红外与拉曼光谱的 区别就愈大，非极性官能团的拉曼散射谱带较为强烈， 极性官能团的红外谱带较为强烈，例如在许多情况下， C=C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外谱带较为强烈，而 C=O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显著。
散射光的频率分布
拉曼光谱原理
从能级的角度来讲拉曼散射，是分子先吸收了光 子的能量,从基态跃迁到虚态,到了虚态之后，由 于处于高能级，它从虚态返回到第一振动能级， 释放能量,这样放出的光子的能量小于入射光子的 能量，这就是拉曼散射的一种，也就是处于斯托 克斯散射。当从第一振动能级跃迁到虚态，然后 从虚态返回到基态，这样放出的能量就大于入射 光的能量，这就是处于反斯托克斯区，也是拉曼 散射的一种。能量不变的就是瑞利散射。
生产公司：HORIBA JOBIN YVON 型 号：Aramis
拉曼光谱的优势
信息
样品
• 各种性状 • 无需特殊处 理 • 含水样品 • 玻璃样品池
方法
• 无损， 非破 坏性 • 特异性 • 微量和宏观 • 实时检测 • 活体检测
• 分子层面 • 对结构和环 境敏感
拉曼光谱技术的应用
1、化学物质 认定、分析、和特性测量有机物、无机物，包括溶剂、 汽油化工产品、碳物质、薄膜。 2、化学过程 跟踪高分子配方和聚合过程，实时测量（包括定量测 量）混合物（包括溶剂混合物及水溶液）。 各组成成分 的含量，检查有机污染物，跟踪化学反应的中间和末端 产物，预测聚合物的型态特征。 3、高分子聚合物和塑料 质量控制进厂和出厂产品，认定生产过程中的污染物 质，实时监测聚合反应过程，预测双折射、晶状性、结 晶温度等物理特性。