《拉曼光譜的分析與》PPT課件

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1、拉曼光譜的分析與拉曼光譜儀張詠6121203006目錄拉曼光譜和拉曼光譜術(shù)拉曼效應(yīng)及其經(jīng)典理論拉曼光譜給出的信息拉曼散射的偏振拉曼峰的強(qiáng)度拉曼頻率和轉(zhuǎn)動頻率溫度和壓力對拉曼峰的影響拉曼光譜的噪聲減除方法拉曼光譜儀2發(fā)展歷程20世紀(jì)20年代，拉曼等在實(shí)驗(yàn)室觀測到拉曼效應(yīng)；20世紀(jì)40年代，紅外吸收光譜術(shù)迅速發(fā)展普及，拉曼光譜術(shù)一度成為受到限制的特殊技術(shù)；20世紀(jì)60年代，PMT記錄光譜、激光光源的引入，促使了拉曼光譜術(shù)的應(yīng)用；20世紀(jì)70年代，纖維拉曼光譜術(shù)已能對1μm2的小面積和的1μm3小體積做分子振動的分析

2、，觀察到對拉曼散射做出貢獻(xiàn)的試樣小球的形貌；20世紀(jì)80年代，纖維光學(xué)探針的引入，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)距離拉曼儀的試樣進(jìn)行測試；過去幾十年來最重要的進(jìn)展，就是傅里葉變換拉曼光譜術(shù)、CCD檢測器的引用，拉曼光譜的測試更加快速和準(zhǔn)確。3拉曼效應(yīng)透射散射吸收瑞利散射（頻率不變）拉曼散射（頻率改變）一束單色光入射于試樣后分子結(jié)構(gòu)的信息4拉曼效應(yīng)能量強(qiáng)度abcdefc,fa,db,e0頻移→瑞利、斯托克斯和反斯托克斯拉曼散射過程能級示意圖瑞利散射光和拉曼散射光的強(qiáng)度與入射光照射的分子數(shù)成正比，所以斯托克斯的拉曼強(qiáng)度正比于處于最低能級

3、狀態(tài)分子的數(shù)量，反斯托克斯拉曼強(qiáng)度正比于處于次高振動能級的分子數(shù)。在熱平衡時，處于一振動能級的分子數(shù)相對于另一個能級的分子數(shù)之比服從波爾茲曼分布：在熱平衡時，低振動能級的分子數(shù)總是大于次高振動能級的分子數(shù)。所以，斯托克斯的拉曼強(qiáng)度總是大于反斯托克斯拉曼強(qiáng)度。對于高能振動或在低溫下，相對于斯托克斯拉曼強(qiáng)度，反斯托克斯拉曼強(qiáng)度幾乎小道接近零。同樣，從斯托克斯和反斯托克斯拉曼強(qiáng)度可以測定試樣的溫度。5橫坐標(biāo)為拉曼頻移，慣用單位是相對激發(fā)光波長偏移的波數(shù)。若以厘米計，波數(shù)就是波長的倒數(shù)?？v坐標(biāo)為拉曼光強(qiáng)。給定振動的拉曼

4、頻移是該振動能量的度量，與激發(fā)光無關(guān)。Stokes散射的強(qiáng)度比反Stokes的強(qiáng)度要強(qiáng)很多。一般僅用Stokes位移部分。對發(fā)熒光的分子，有時用反Stokes位移。拉曼散射光的強(qiáng)度并不是在所有方向都相等的。討論拉曼散射光的強(qiáng)度必須指明入射光傳播方向或所檢測的拉曼散射光之間的角度。CCl4的拉曼光譜6不同材料的拉曼光譜有各自不同于其他材料的特征光譜-特征譜為表征和鑒別材料提供了指紋譜深入開展光譜學(xué)和材料研究打下基礎(chǔ)拉曼光譜給出的信息組分信息結(jié)構(gòu)信息7拉曼光譜給出的信息PET的拉曼光譜——官能團(tuán)8拉曼光譜給出的信息

5、9定性的信息：拉曼光譜是物質(zhì)結(jié)構(gòu)的指紋光譜定量的信息：可以通過光譜校正，得到準(zhǔn)確的應(yīng)力大小和濃度分布拉曼光譜給出的信息化學(xué)組成，污染物探測···振動頻率可以給出結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，對于分子所處的局域環(huán)境，比如晶相，局域應(yīng)力和結(jié)晶度等都很敏感結(jié)構(gòu)信息（晶體、無定形、同分異構(gòu)體···）10拉曼散射的偏振光電場作用于電子云的力是位于垂直于光傳播方向的平面上。平面上該力的方向可用一個矢量來表示，矢量的振幅在正負(fù)值之間正弦振蕩。矢量所指的方向叫做光的偏振方向。對于一特定分子的運(yùn)動，其拉曼散射光的偏振方向就是該振動引起的電子云

6、極化率變化的方向。若光引起的電子云位移方向與入射光偏振相同，則拉曼散射光就有與入射光相同的偏振方向。反之，散射光與入射光有不同的偏振方向。拉曼效應(yīng)相關(guān)參數(shù)11拉曼散射的偏振對確定分子的對稱性很有用。由于激光是線偏振光，而大多數(shù)的有機(jī)分子是各向異性的，在不同方向上的分子被入射光電場極化程度不同。在激光拉曼光譜中，完全自由取向的分子所散射的光也可能是偏振的，因此一般在拉曼光譜中用去偏振度（退偏振比）ρ表征分子對稱性振動模式的高低。拉曼效應(yīng)相關(guān)參數(shù)I∥和I⊥——分別代表與激光電矢量平行和垂直的譜線的強(qiáng)度。的譜帶稱為偏

7、振譜帶，表示分子有較高的對稱振動模式。的譜帶稱為退偏振譜帶，表示分子對稱振動模式較低。12拉曼效應(yīng)相關(guān)參數(shù)樣品分子對激光的散射和去偏振度的測量13拉曼散射的偏振值越小，分子的對稱性越高。在使用90°背散射幾何時，無規(guī)取向分子的退偏振率在0~0.75之間。只有球?qū)ΨQ振動分子能達(dá)到限定值得最大或最小。因此通過測定拉曼譜線的去偏振度，可以確定分子的對稱性。如前CCl4的拉曼光譜，459cm-1是由四個氯原子同時移開或移近碳原子所產(chǎn)生的對稱伸縮振動引起，<0.005，去極化度很小，459cm-1線稱為極化線。而其它拉曼

8、峰源于非對稱振動，退偏振率非常接近0.75?？梢?，最為對稱的振動，其退偏振率最小。拉曼效應(yīng)相關(guān)參數(shù)14拉曼峰的強(qiáng)度拉曼散射強(qiáng)度IR可用下式表達(dá)：所以，拉曼散射強(qiáng)度正比于被激發(fā)光照明的分子數(shù)。這是應(yīng)用拉曼光譜術(shù)進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)。拉曼散射強(qiáng)度也正比于入射光強(qiáng)度和（v0-v）4。拉曼效應(yīng)相關(guān)參數(shù)IL-激發(fā)光強(qiáng)度；N-散射分子數(shù)v-分子振動頻率；v0-激光頻率μ-振動原子的折合質(zhì)量；α‘a(chǎn)-