(完整版)拉曼光谱-PPT(精)

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。
吴大猷先生
1935年在北大完成了第一篇关于拉曼散射 的论文‘四氯乙烯拉曼线的退极化’(《中 国化学学会会志》第四卷) ，也是该领域国 内的第一篇论文。
能量差： E=h(0 - )
h(0 - )
产生stokes线；强；基 态分子多；
E=h(0 + )
E1 V=1 E0 V=0
产生反stokes线；弱；
STOKES
Raman位移：
Raman散射光与入射光
频率差；
0 -
h0 h(0 + ) h
ANTI-STOKES
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
4. 红外与拉曼谱图对比
●将负拉曼位移，
即ν0－ν1称为Stokes线（斯托克斯线）。
●将正拉曼位移，
即ν0＋ν1称为反Stokes线（反斯托克斯线）。
正负拉曼位移线的跃迁几率是相等 的，但由于反斯托克斯线起源于受激振 动能级，处于这种能级的粒子数很少， 因此反斯托克斯线的强度小，而斯托克 斯线强度较大，在拉曼光谱分析中主要 应用的谱线。
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
红外与拉曼谱图对比
选律
1 S C S
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
4
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 对称中心分子CO2，CS2等， 选律不相容。 无对称中心分子（例如SO2等），三种振动既是红外活
Rayleigh
0
0 +
CCl4的拉曼光谱 Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
Δν/cm-1
2、产生拉曼位移的条件
拉曼散射不要求有偶极矩的变化，却要求有 极化率的变化，与红外光谱不同，也正是利用 它们之间的差别，两种光谱可以互为补充。
●另一种是分子处于激发态振动能级，与光子碰撞后，分子跃迁回基态而
将 频率从增确加定至的ν能0＋量νh1ν。1传形给成光能子量。为则h（散ν射0＋光ν1子）的、能频量率变为为ν0h＋（ν1ν的0＋谱ν线1）。= hν，
●两种情况，散射光子的频率发生变化了，减小或增加了，称为拉曼位移。
Stokes线与反Stokes线
1939年他在西南联大完成了专著《多原 子分子的振动谱和结构》，是自拉曼获诺 贝尔奖以来，第一部全面总结分子拉曼光 谱研究成果的经典著作。
黄昆先生
1954年在英国出版与波恩合著的名著 《晶格动力学理论》，成为声子物理和拉 曼散射的经典理论著作。
1988建立起超晶格拉曼散射理论
2002年获国家科技奖。
λ
λ
拉 曼
增减散 大小射
变
λ
样
透过光λ不变
品
池
瑞 利
散
射
λ
不 变
激光拉曼光谱---基本原理
光的瑞利散射
一个频率为ν0的单色光，当它不能被照射的物体
吸收时，大部分光将沿入射光束通过样品，在约 1/105～1/106有强度的光被散射到各个方向。并 在与入射方向垂直的方向，可以观察到这种散射。 ●瑞利散射为光与样品分子间的弹性碰撞，光子的 能量或频率不变，只改变了光子运动的方向。 ●散射光的强度与散射方向有关，且与入射频率的 四次方成正比。
分子在静电场E中所产生的诱导偶极矩P与分
子的极化率α之间有关系：P=αE
Raman位移
对不同物质： 不同；
对同一物质： 与入射光频率无关；表征分子
振-转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；
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）
3.红外活性和拉曼活性振动
拉曼效应
拉曼效应为光子与样品中分子的非弹性碰撞，即光子与分子相互作用中 有能量的交换。
入射光子的能量为hν0，当与分子碰撞后，可能出现两种情况：
●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 hν定，的频能率降量低hν至1达ν到0－较ν1高。的形能成级能。量则为散h（射ν光0－子ν的1）能、量频变率为为hν（0－ν0ν－1的ν1谱）线=。
第四章 激光拉曼光谱
laseБайду номын сангаас Raman spectroscopy
一、 拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman
spectroscopy 三、 激光拉曼光谱仪 laser Raman spectroscopy
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射 h
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.
（1928年印度物理学家Raman C V 发现；1960年快速发展）
基本原理
Raman散射
E1 + h0
Raman散射的两种跃迁 E2 + h0
激光拉曼光谱基本原理
principle of Raman spectroscopy
激发虚态
h(0 - )
Rayleigh散射：
E1 + h0
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
E0 + h0 h0
h0 h0
h0 +
E1
V=1