拉曼光譜、紅外光譜、xps的原理及應(yīng)用

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1、拉曼光譜、紅外光譜、XPS的原理及應(yīng)用：拉曼光譜的原理及應(yīng)用拉曼光譜由于近幾年來以下幾項技術(shù)的集中發(fā)展而有了更廣泛的應(yīng)用。這些技術(shù)是：CCD檢測系統(tǒng)在近紅外區(qū)域的高靈敏性，體積小而功率大的二極管激光器，與激發(fā)激光及信號過濾整合的光纖探頭。這些產(chǎn)品連同高口徑短焦距的分光光度計，提供了低熒光本底而高質(zhì)量的拉曼光譜以及體積小、容易使用的拉曼光譜儀。（一）含義光照射到物質(zhì)上發(fā)生彈性散射和非彈性散射.彈性散射的散射光是與激發(fā)光波長相同的成分.非彈性散射的散射光有比激發(fā)光波長長的和短的成分,統(tǒng)稱為拉曼效應(yīng)當用波長比試

2、樣粒徑小得多的單色光照射氣體、液體或透明試樣時，大部分的光會按原來的方向透射，而一小部分則按不同的角度散射開來，產(chǎn)生散射光。在垂直方向觀察時，除了與原入射光有相同頻率的瑞利散射外，還有一系列對稱分布著若干條很弱的與入射光頻率發(fā)生位移的拉曼譜線，這種現(xiàn)象稱為拉曼效應(yīng)。由于拉曼譜線的數(shù)目，位移的大小，譜線的長度直接與試樣分子振動或轉(zhuǎn)動能級有關(guān)。因此，與紅外吸收光譜類似，對拉曼光譜的研究，也可以得到有關(guān)分子振動或轉(zhuǎn)動的信息。目前拉曼光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于物質(zhì)的鑒定，分子結(jié)構(gòu)的研究譜線特征（二）拉曼散射光譜具有

3、以下明顯的特征：a.拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對同一樣品，同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān),只和樣品的振動轉(zhuǎn)動能級有關(guān)；b.在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布在瑞利散射線兩側(cè),這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個振動量子的能量。c.一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由于Boltzmann分布，處于振動基態(tài)上的粒子數(shù)遠大于處于振動激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。（三）拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性提供快速、簡單、可重復(fù)、且更重要的是無損傷的定性定量

4、分析，它無需樣品準備，樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英、和光纖測量。此外1由于水的拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和化學(xué)化合物的理想工具。2拉曼一次可以同時覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對有機物及無機物進行分析。相反，若讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間則必須改變光柵、光束分離器、濾波器和檢測器3拉曼光譜譜峰清晰尖銳，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫搜索、以及運用差異分析進行定性研究。在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中，獨立的拉曼區(qū)間的強度可以和功能集團的數(shù)量相關(guān)。4因為激光束的直徑在它的聚焦部位通常只有0.2-2毫

5、米，常規(guī)拉曼光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對常規(guī)紅外光譜一個很大的優(yōu)勢。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進一步聚焦至20微米甚至更小，可分析更小面積的樣品。5共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強大生物分子特個發(fā)色基團的振動，這些發(fā)色基團的拉曼光強能被選擇性地增強1000到10000倍。（四）幾種重要的拉曼光譜分析技術(shù)1、單道檢測的拉曼光譜分析技術(shù)2、以CCD為代表的多通道探測器用于拉曼光譜的檢測儀的分析技術(shù)3、采用傅立葉變換技術(shù)的FT-Raman光譜分析技術(shù)4、共振拉曼光譜分析技術(shù)5、表面增強

6、拉曼效應(yīng)分析技術(shù)(五)??拉曼頻移，拉曼光譜與分子極化率的關(guān)系1、拉曼頻移：散射光頻與激發(fā)光頻之差，取決于分子振動能級的改變，所以它是特征的，與入射光的波長無關(guān)，適應(yīng)于分子結(jié)構(gòu)的分析2、拉曼光譜與分子極化率的關(guān)系分子在靜電場E中，極化感應(yīng)偶極矩P為靜電場E與極化率的乘積誘導(dǎo)偶極矩與外電場的強度之比為分子的極化率分子中兩原子距離最大時，極化率也最大拉曼散射強度與極化率成正比例（六）應(yīng)用激光光源的拉曼光譜法應(yīng)用激光具有單色性好、方向性強、亮度高、相干性好等特性，與表面增強拉曼效應(yīng)相結(jié)合，便產(chǎn)生了表面增強拉曼光

7、譜。其靈敏度比常規(guī)拉曼光譜可提高104~107倍，加之活性載體表面選擇吸附分子對熒光發(fā)射的抑制，使分析的信噪比大大提高。已應(yīng)用于生物、藥物及環(huán)境分析中痕量物質(zhì)的檢測。共振拉曼光譜是建立在共振拉曼效應(yīng)基礎(chǔ)上的另一種激光拉曼光譜法。共振拉曼效應(yīng)產(chǎn)生于激發(fā)光頻率與待測分子的某個電子吸收峰接近或重合時，這一分子的某個或幾個特征拉曼譜帶強度可達到正常拉曼譜帶的104~106倍，有利于低濃度和微量樣品的檢測。已用于無機、有機、生物大分子、離子乃至活體組成的測定和研究。激光拉曼光譜與傅里葉變換紅外光譜相配合，已成為分子

8、結(jié)構(gòu)研究的主要手段1、共振拉曼光譜的特點：(1)、基頻的強度可以達到瑞利線的強度。(2)、泛頻和合頻的強度有時大于或等于基頻的強度。(3)、通過改變激發(fā)頻率，使之僅與樣品中某一物質(zhì)發(fā)生共振，從而選擇性的研究某一物質(zhì)。(4)、和普通拉曼相比，其散射時間短，一般為10-12~10-5S。2、共振拉曼光譜的缺點：需要連續(xù)可調(diào)的激光器，以滿足不同樣品在不同區(qū)域的吸收。（七）電化學(xué)原位拉曼光譜法電化學(xué)原位拉曼光譜法,是利用物質(zhì)分子對入射