拉曼光谱分析全套教学课件
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© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm F2= 800mm
XPloRA
全系列光谱仪
—多种光谱分辨率仪器可选择
l1 l2
Aramis
HR 800
T64000
U1000
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
全系列拉曼光谱仪
Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm
l1
—多种焦长仪器可选择
l2 F2= 800mm
XPloRA
Aramis
HR 800
T64000
U1000
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
LabRAM HR
Intensity (A.U.)
拉曼是物质的指纹光谱
2000200000 1500150000 1000100000
50050000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
CCO modes
Skeletal Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
CH3 Stretching Modes
超大面积光栅
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
全球最大拉曼光谱仪制造商
➢ 拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家 （Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具 有40多年的设计和生产历史。 ➢ 在全球已有5000多台仪器安装，是全球 最大的拉曼光谱仪制造商。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
什么是拉曼散射?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
公司简介
HORIBA Jobin Yvon—a member of HORIBA Scientific
Jobin Yvon成立于 1819 年 ▪ 总部: 法国 ▪ 5大主要产品线 拉曼光谱仪 椭偏光谱仪 荧光光谱仪 光学元件 元素分析等
在北京、上海、广州设有直接的分支机构 北京-拉曼光谱仪应用中心
220
240
260
Raman Shift (cm-1)
Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diameters
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
SiC 晶型分布
-25 000 -20 000 -15 000 -10 0
-5 000 0
5 000 10 000 15 000 20 000 25 000
-20 000
-10 000
0 X (祄)
10 000
2000 祄
20 000
Y (祄)
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OH stretching
00
505000
10100000
15150000
20200000
25250000
30300000
35350000
ni = no-n (cm-1)
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
不同碳材料的拉曼光谱
同样元素 不同结构
GC: Glassy Carbon DC: Disordered Carbon µG: microcrystalline Graphite G: Graphite D: Diamond
2-什么是拉曼光谱?
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
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 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。
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
350
晶化率——非晶硅、多晶硅
激发波长：
325nm, 458nm, 488nm
480 514
多晶硅 非晶硅
在制备非晶硅或多 晶硅薄过程中，不同 深度处的晶化程度可 能不同。
碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic
2.5
properties
Tube Diameter
2.0
Radial Breathing Mode
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (c-m1)
仪器： LabRAM HR 激发波长：514nm 光栅： 1800gr/mm
[1] Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)5321–5326.
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
应力测量
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
蓝宝石衬底上的GaN的应力分布
左图的颜色条给出该GaN样 品的E2模相对于体相GaN中该 拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏 移量。
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1-公司简介
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleil
(高分辨拉曼光谱仪)
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
高分辨率光学系统－长焦长
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
调节仪器分辨率的因素－光栅刻线
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
lscatter= llaser
llaser
拉曼散射
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lscatter> llaser
拉曼散射原理
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核心技术 : 衍射光栅
等离子刻蚀全息光栅
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
光谱仪的心脏——光栅
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
高温原位拉曼测试
可观察到强烈 的黑体辐射
2010年12月摄于西安交通大学
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3-拉曼光谱仪的工作原理
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
拉曼光谱测量原理
光栅
探测器
滤光片
激光
样品
分辨率高 标定峰位峰面积更准确
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分辨率高 数据点多 描述峰位准确
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影响仪器分辨率的主要因素－焦长
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
D-band Info on defects
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高分辨率实验结果
x10 3
40
LabRAM HR普通分辨率
LabRAM HR高分辨率模式
35
Intensity (cnt)
30
25
20
15
10
5
120
140
160
180
200
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
Raman S hift (cm-1)
Intensity (cnt)
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不同分辨率测量应力实验结果
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碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic
2.5
properties
Tube Diameter
2.0
Radial Breathing Mode
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (c-m1)
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
4－拉曼光谱仪的几个重要概念
1- 光谱分辨率 2- 灵敏度 3- 共焦特性 4- 激发波长问题 5- 操作方便性
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1-光谱分辨率
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvon
1997: HORIBA acquired Jobin Yvon 2004: “ One Company Project ” , Jobin Yvon
became
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D-band Info on defects
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石墨烯的拉曼光谱
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石墨烯的拉曼光谱成像
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吉林大学样品
7 000 红色：普通分辨率结果 兰色：高分辨率结果
6 000
5 000
CaCO3-1800 CaCO3-600
CaCO3-1800 CaCO3-600
4 000
3 000
2 000
1 000
0 200
190
200
210
220
230
240
Raman Shift (cm -1)
400
600
400
450
500
550
Raman Shift (cm-1)
利用不同波长激光在样品中穿透深度不同，得到各 深度层的信息。该样品表面为多晶硅，往深度方向晶 化程度降低，逐渐变为非晶硅。
穿透深度 (nm)
325nm 458nm
488nm
非晶硅
9.4
53
81
单晶硅
8.2
456
717
*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得 感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。
HORIBA Jobin Yvon
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
© 2007 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
报告内容
➢1-公司简介 ➢2-什么是拉曼光谱技术 ➢3-拉曼光谱仪工作原理 ➢4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念 ➢5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍
我们能够从拉曼光谱中得到什么信息？
定性的信息 :物质鉴定、结构、晶型、结晶度等 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 postion
band Position shift
Intensity
Band Width
Raman shift
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Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm F2= 800mm
XPloRA
全系列光谱仪
—多种光谱分辨率仪器可选择
l1 l2
Aramis
HR 800
T64000
U1000
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
全系列拉曼光谱仪
Detector plane
l1 Detector plane
l2 F1=300mm
l1
—多种焦长仪器可选择
l2 F2= 800mm
XPloRA
Aramis
HR 800
T64000
U1000
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LabRAM HR
Intensity (A.U.)
拉曼是物质的指纹光谱
2000200000 1500150000 1000100000
50050000
甲醇vs. 乙醇
OH Bending
CCO modes
Skeletal Bending
CH3 and CH2 Bending Modes
CH3 Stretching Modes
超大面积光栅
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
全球最大拉曼光谱仪制造商
➢ 拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家 （Jobin Yvon, Dilor, SPEX）合并而成，具 有40多年的设计和生产历史。 ➢ 在全球已有5000多台仪器安装，是全球 最大的拉曼光谱仪制造商。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
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什么是拉曼散射?
光散射的过程：激光入射到样品，产生散射光。
公司简介
HORIBA Jobin Yvon—a member of HORIBA Scientific
Jobin Yvon成立于 1819 年 ▪ 总部: 法国 ▪ 5大主要产品线 拉曼光谱仪 椭偏光谱仪 荧光光谱仪 光学元件 元素分析等
在北京、上海、广州设有直接的分支机构 北京-拉曼光谱仪应用中心
220
240
260
Raman Shift (cm-1)
Higher spectral resolution allows more accurate observation of tubes of different diameters
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
SiC 晶型分布
-25 000 -20 000 -15 000 -10 0
-5 000 0
5 000 10 000 15 000 20 000 25 000
-20 000
-10 000
0 X (祄)
10 000
2000 祄
20 000
Y (祄)
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OH stretching
00
505000
10100000
15150000
20200000
25250000
30300000
35350000
ni = no-n (cm-1)
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不同碳材料的拉曼光谱
同样元素 不同结构
GC: Glassy Carbon DC: Disordered Carbon µG: microcrystalline Graphite G: Graphite D: Diamond
2-什么是拉曼光谱?
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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 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。
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
350
晶化率——非晶硅、多晶硅
激发波长：
325nm, 458nm, 488nm
480 514
多晶硅 非晶硅
在制备非晶硅或多 晶硅薄过程中，不同 深度处的晶化程度可 能不同。
碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic
2.5
properties
Tube Diameter
2.0
Radial Breathing Mode
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (c-m1)
仪器： LabRAM HR 激发波长：514nm 光栅： 1800gr/mm
[1] Samuel H. Margueron, et al., Journal of Crystal Growth 310 (2008)5321–5326.
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应力测量
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蓝宝石衬底上的GaN的应力分布
左图的颜色条给出该GaN样 品的E2模相对于体相GaN中该 拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏 移量。
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1-公司简介
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1819: Creation of the Company, in Paris, by Jean-Baptiste Soleil
(高分辨拉曼光谱仪)
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高分辨率光学系统－长焦长
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
调节仪器分辨率的因素－光栅刻线
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
lscatter= llaser
llaser
拉曼散射
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
lscatter> llaser
拉曼散射原理
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© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
核心技术 : 衍射光栅
等离子刻蚀全息光栅
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光谱仪的心脏——光栅
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高温原位拉曼测试
可观察到强烈 的黑体辐射
2010年12月摄于西安交通大学
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3-拉曼光谱仪的工作原理
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
拉曼光谱测量原理
光栅
探测器
滤光片
激光
样品
分辨率高 标定峰位峰面积更准确
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分辨率高 数据点多 描述峰位准确
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影响仪器分辨率的主要因素－焦长
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D-band Info on defects
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高分辨率实验结果
x10 3
40
LabRAM HR普通分辨率
LabRAM HR高分辨率模式
35
Intensity (cnt)
30
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20
15
10
5
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140
160
180
200
800
1 000
1 200
1 400
1 600
1 800
Raman S hift (cm-1)
Intensity (cnt)
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不同分辨率测量应力实验结果
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碳纳米管研究
3.0
Tangential Modes (G-Modes)
Electronic
2.5
properties
Tube Diameter
2.0
Radial Breathing Mode
1.5
Intensity (cnt/sec)
1.0
0.5
0.0
500
1 000
1 500
2 000
Raman Shift (c-m1)
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4－拉曼光谱仪的几个重要概念
1- 光谱分辨率 2- 灵敏度 3- 共焦特性 4- 激发波长问题 5- 操作方便性
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1-光谱分辨率
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
1923: The company becomes A. Jobin & G. Yvon
1997: HORIBA acquired Jobin Yvon 2004: “ One Company Project ” , Jobin Yvon
became
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D-band Info on defects
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石墨烯的拉曼光谱
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石墨烯的拉曼光谱成像
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吉林大学样品
7 000 红色：普通分辨率结果 兰色：高分辨率结果
6 000
5 000
CaCO3-1800 CaCO3-600
CaCO3-1800 CaCO3-600
4 000
3 000
2 000
1 000
0 200
190
200
210
220
230
240
Raman Shift (cm -1)
400
600
400
450
500
550
Raman Shift (cm-1)
利用不同波长激光在样品中穿透深度不同，得到各 深度层的信息。该样品表面为多晶硅，往深度方向晶 化程度降低，逐渐变为非晶硅。
穿透深度 (nm)
325nm 458nm
488nm
非晶硅
9.4
53
81
单晶硅
8.2
456
717
*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得 感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。
HORIBA Jobin Yvon
© 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
© 2007 HORIBA, Ltd. All rights reserved.
报告内容
➢1-公司简介 ➢2-什么是拉曼光谱技术 ➢3-拉曼光谱仪工作原理 ➢4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念 ➢5-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪介绍
我们能够从拉曼光谱中得到什么信息？
定性的信息 :物质鉴定、结构、晶型、结晶度等 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 postion
band Position shift
Intensity
Band Width
Raman shift
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