拉曼散射
合集下载
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)。
激发虚态 h0 E1 E0
Rayleigh散射
h(0 - ) E1 + h0 E0 + h0 h0 h0 V=1 V=0
Raman散射
h0 + h
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； 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.
（6）、分子做拉曼散射的同时，也有强度很大的瑞利散射。
二、拉曼光谱仪
1、拉曼光谱仪的组成
主要由光源、外光路系统、样品池、内光路 (单色器)、 信号处理及输出系统等五部分组成。
激光拉曼光谱仪结构示意图
2、拉曼光谱仪参数：
相对强度： 拉曼光谱的纵坐标是相对强度，只有相同 条件下测量得到的光谱才可比较相对强度
3、Raman散射基本原理
另一种是分子处于激发态振动能级，与光子碰撞后，分子从 入射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子 的能量变为h（ν0+ν1）= hν，频率增加至ν0+ν1 。形成能量 为h（ν0+ν1）、频率为ν0+ν1的谱线。正拉曼位移，即ν0+ν1 称为反Stokes线（反斯托克斯线）。 E1 + h0 E2 + h0 h(0 + ) E1 V=1 E0 V=0 h 反stokes线
一、拉曼散射的基本介绍
1、拉曼散射效应的进展：
• 拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次 发现的，本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。
• •
1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。 这是因为可见光分光技术和照相感光技术已经发展起来的缘故； 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太 弱（约为入射光强的10-6），并要求被测样品的体积必须足够大、 无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期，红外技术的进 步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；
•
1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束 的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼光谱的理想光源。随 探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、医 药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者 的重视。
2、拉曼散射的定义
散射光频率与入射光相同 弹性散射：
红外光谱与Raman光谱比较
b、 机理不同：从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程 来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非 极性分子及基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是 拉曼活性的。红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一 般极性分子及基团的振动引起永久偶极矩的变化，故通常是红 外活性的。
3、Raman散射基本原理
E1 + h0 stokes线 E2 + h0
Rayleigh散射
反stokes线 h0
h(0 - )
E1 V=1 E0 V=0
STOKES
h(0 + )
h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0 -
0
0 +
Rayleigh散射和Raman散射的对比
分辨率：
可分辨的两个相邻的拉曼频移峰的距离
如分辨率为2.0cm-1的拉曼光谱仪，如果两个相邻拉 曼频移峰的距离小于2.0cm-1 ，则认为是一个拉曼峰。 可重复性： 同一样品相同条件下反复测量，某一点的拉
曼频移峰每次测量值偏差的最大值。
3、拉曼光谱仪分类
拉曼光谱仪的必要设备：
光源
光路
物质
光路
接收、探测器
第一种是分子处于基态振动能级，与光子碰撞后，分子从入 射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子的 能量变为h（ν0－ν1）= hν，频率降低至ν0－ν1 。形成能量 为h（ν0－ν1）、频率为ν0－ν1的谱线。负拉曼位移，即ν0－ ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。 E1 + h0 E2 + h0 stokes线 h(0 - ) E1 V=1 E0 V=0 h
5、拉曼散射的特点
（1）、属于非弹性散射。 （2）、每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱，可用拉曼光谱表征物质。 （3）、每一物质的拉曼频率位移（入射频率与散射频率之差)与入射 光的频率无关。 （4）、拉曼散射是瞬时的，入射光消失后10-11~10-12s内散射光消失。 （5）、拉曼谱线的宽度比较窄，且成对出现，即具有数值相同的正 负频率差，比入射光波长短的为反斯托克斯线，波长长的为斯托克斯 线。
CCl4的拉曼光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
4、拉曼散射的分类
（1）、共振拉曼散射（resonance Raman scattering）： 当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物 的电子吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合， 使某些拉曼谱线的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉 曼散射。 （2）、表面增强拉曼散射（SERS，surface-enhanced Raman scattering）：当一些分子被吸附到某些粗糙的金 属，如金、银或铜的表面时，它们的拉曼谱线强度会得到 极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面 增强拉曼散射效应。
c 制样技术不同：红外光谱制样复杂，拉曼光谱勿需制样，可 直接测试水溶液。
红外光谱与Raman光谱比较
3、两者间的联系
a 、相互排斥规则：凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，则 红外是非活性的；若红外活性，则拉曼非活性。 b 、相互允许规则：凡无对称中心的分子，大多数的分子，红 外和拉曼都活性。
C、 相互禁止规则：少数分子的振动，既非拉曼活性，又非红 外活性。 如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱中均观察不到 该振动的谱带。
拉曼光谱仪种类繁多，根据光学系统分光原理不同 色散型拉曼光谱仪 傅里叶变换拉曼光谱仪
三、红外光谱与Raman光谱比较
1、相似之处
激光拉曼光谱与红外光谱一样，都能提供分子振动频率的 信息，对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位 移相等，均代表第一振动能级的能量。
2、不同之处
a 、红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的 入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼 光谱为散射光谱，红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相 等的（红外）光子被分子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。
不进行能量交换，只改变传播方向
ຫໍສະໝຸດ Baidu散射分类：
瑞利散射、米氏散射
非弹性散射： 散射光频率发生变化，二者交换能量，
传播方向发生改变
布里渊散射、拉曼散射
拉曼散射（Raman scattering）：光通过介质时由于入射光 与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。又称拉曼 效应。
3、Raman散射基本原理
Rayleigh散射
h(0 - ) E1 + h0 E0 + h0 h0 h0 V=1 V=0
Raman散射
h0 + h
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； 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.
（6）、分子做拉曼散射的同时，也有强度很大的瑞利散射。
二、拉曼光谱仪
1、拉曼光谱仪的组成
主要由光源、外光路系统、样品池、内光路 (单色器)、 信号处理及输出系统等五部分组成。
激光拉曼光谱仪结构示意图
2、拉曼光谱仪参数：
相对强度： 拉曼光谱的纵坐标是相对强度，只有相同 条件下测量得到的光谱才可比较相对强度
3、Raman散射基本原理
另一种是分子处于激发态振动能级，与光子碰撞后，分子从 入射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子 的能量变为h（ν0+ν1）= hν，频率增加至ν0+ν1 。形成能量 为h（ν0+ν1）、频率为ν0+ν1的谱线。正拉曼位移，即ν0+ν1 称为反Stokes线（反斯托克斯线）。 E1 + h0 E2 + h0 h(0 + ) E1 V=1 E0 V=0 h 反stokes线
一、拉曼散射的基本介绍
1、拉曼散射效应的进展：
• 拉曼散射效应是印度物理学家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次 发现的，本人也因此荣获1930年的诺贝尔物理学奖。
• •
1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。 这是因为可见光分光技术和照相感光技术已经发展起来的缘故； 1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太 弱（约为入射光强的10-6），并要求被测样品的体积必须足够大、 无色、无尘埃、无荧光等等。所以到40年代中期，红外技术的进 步和商品化更使拉曼光谱的应用一度衰落；
•
1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于激光束 的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼光谱的理想光源。随 探测技术的改进和对被测样品要求的降低，目前在物理、化学、医 药、工业等各个领域拉曼光谱得到了广泛的应用，越来越受研究者 的重视。
2、拉曼散射的定义
散射光频率与入射光相同 弹性散射：
红外光谱与Raman光谱比较
b、 机理不同：从分子结构性质变化的角度看，拉曼散射过程 来源于分子的诱导偶极矩，与分子极化率的变化相关。通常非 极性分子及基团的振动导致分子变形，引起极化率的变化，是 拉曼活性的。红外吸收过程与分子永久偶极矩的变化相关，一 般极性分子及基团的振动引起永久偶极矩的变化，故通常是红 外活性的。
3、Raman散射基本原理
E1 + h0 stokes线 E2 + h0
Rayleigh散射
反stokes线 h0
h(0 - )
E1 V=1 E0 V=0
STOKES
h(0 + )
h
ANTI-STOKES
Rayleigh
0 -
0
0 +
Rayleigh散射和Raman散射的对比
分辨率：
可分辨的两个相邻的拉曼频移峰的距离
如分辨率为2.0cm-1的拉曼光谱仪，如果两个相邻拉 曼频移峰的距离小于2.0cm-1 ，则认为是一个拉曼峰。 可重复性： 同一样品相同条件下反复测量，某一点的拉
曼频移峰每次测量值偏差的最大值。
3、拉曼光谱仪分类
拉曼光谱仪的必要设备：
光源
光路
物质
光路
接收、探测器
第一种是分子处于基态振动能级，与光子碰撞后，分子从入 射光子获取确定的能量hν1达到较高的能级。则散射光子的 能量变为h（ν0－ν1）= hν，频率降低至ν0－ν1 。形成能量 为h（ν0－ν1）、频率为ν0－ν1的谱线。负拉曼位移，即ν0－ ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。 E1 + h0 E2 + h0 stokes线 h(0 - ) E1 V=1 E0 V=0 h
5、拉曼散射的特点
（1）、属于非弹性散射。 （2）、每一种物质(分子)有自己的特征拉曼光谱，可用拉曼光谱表征物质。 （3）、每一物质的拉曼频率位移（入射频率与散射频率之差)与入射 光的频率无关。 （4）、拉曼散射是瞬时的，入射光消失后10-11~10-12s内散射光消失。 （5）、拉曼谱线的宽度比较窄，且成对出现，即具有数值相同的正 负频率差，比入射光波长短的为反斯托克斯线，波长长的为斯托克斯 线。
CCl4的拉曼光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
4、拉曼散射的分类
（1）、共振拉曼散射（resonance Raman scattering）： 当一个化合物被入射光激发，激发线的频率处于该化合物 的电子吸收谱带以内时，由于电子跃迁和分子振动的耦合， 使某些拉曼谱线的强度陡然增加，这个效应被成为共振拉 曼散射。 （2）、表面增强拉曼散射（SERS，surface-enhanced Raman scattering）：当一些分子被吸附到某些粗糙的金 属，如金、银或铜的表面时，它们的拉曼谱线强度会得到 极大地增强，这种不寻常的拉曼散射增强现象被称为表面 增强拉曼散射效应。
c 制样技术不同：红外光谱制样复杂，拉曼光谱勿需制样，可 直接测试水溶液。
红外光谱与Raman光谱比较
3、两者间的联系
a 、相互排斥规则：凡有对称中心的分子，若有拉曼活性，则 红外是非活性的；若红外活性，则拉曼非活性。 b 、相互允许规则：凡无对称中心的分子，大多数的分子，红 外和拉曼都活性。
C、 相互禁止规则：少数分子的振动，既非拉曼活性，又非红 外活性。 如：乙烯分子的扭曲振动，在红外和拉曼光谱中均观察不到 该振动的谱带。
拉曼光谱仪种类繁多，根据光学系统分光原理不同 色散型拉曼光谱仪 傅里叶变换拉曼光谱仪
三、红外光谱与Raman光谱比较
1、相似之处
激光拉曼光谱与红外光谱一样，都能提供分子振动频率的 信息，对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位 移相等，均代表第一振动能级的能量。
2、不同之处
a 、红外光谱的入射光及检测光都是红外光，而拉曼光谱的 入射光和散射光大多是可见光。拉曼效应为散射过程，拉曼 光谱为散射光谱，红外光谱对应的是与某一吸收频率能量相 等的（红外）光子被分子吸收，因而红外光谱是吸收光谱。
不进行能量交换，只改变传播方向
ຫໍສະໝຸດ Baidu散射分类：
瑞利散射、米氏散射
非弹性散射： 散射光频率发生变化，二者交换能量，
传播方向发生改变
布里渊散射、拉曼散射
拉曼散射（Raman scattering）：光通过介质时由于入射光 与分子运动相互作用而引起的频率发生变化的散射。又称拉曼 效应。
3、Raman散射基本原理