拉曼散射講課.ppt

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1、拉曼散射介紹一、拉曼散射的基本介紹1923年德國SmekalA.預(yù)言拉曼散射1928年蘇聯(lián)蘭德斯別爾格證實拉曼散射1928年印度RamanC.V.發(fā)現(xiàn)拉曼散射1930年RamanC.V.獲得諾貝爾獎1、拉曼散射效應(yīng)的進展：拉曼散射效應(yīng)是印度物理學(xué)家拉曼（C.V.Raman）于1928年首次發(fā)現(xiàn)的，本人也因此榮獲1930年的諾貝爾物理學(xué)獎。1928~1940年，受到廣泛的重視，曾是研究分子結(jié)構(gòu)的主要手段。這是因為可見光分光技術(shù)和照相感光技術(shù)已經(jīng)發(fā)展起來的緣故；1940~1960年，拉曼光譜的地位一落千丈。主要是因為拉曼效應(yīng)太弱（約為入射光強的10-6），并要求被測樣品的體積必須足

2、夠大、無色、無塵埃、無熒光等等。所以到40年代中期，紅外技術(shù)的進步和商品化更使拉曼光譜的應(yīng)用一度衰落；1960年以后，激光技術(shù)的發(fā)展使拉曼技術(shù)得以復(fù)興。由于激光束的高亮度、方向性和偏振性等優(yōu)點，成為拉曼光譜的理想光源。隨探測技術(shù)的改進和對被測樣品要求的降低，目前在物理、化學(xué)、醫(yī)藥、工業(yè)等各個領(lǐng)域拉曼光譜得到了廣泛的應(yīng)用，越來越受研究者的重視。2、拉曼散射的定義散射分類：彈性散射：非彈性散射：散射光頻率與入射光相同不進行能量交換，只改變傳播方向散射光頻率發(fā)生變化，二者交換能量，傳播方向發(fā)生改變?nèi)鹄⑸?、米氏散射布里淵散射、拉曼散射拉曼散射（Ramanscattering）：光通過

3、介質(zhì)時由于入射光與分子運動相互作用而引起的頻率發(fā)生變化的散射。又稱拉曼效應(yīng)。3、Raman散射基本原理E0E1V=1V=0E1+h?0E2+h?0h??h(?0-??)stokes線第一種是分子處于基態(tài)振動能級，與光子碰撞后，分子從入射光子獲取確定的能量hν1達到較高的能級。則散射光子的能量變?yōu)閔（ν0－ν1）=hν，頻率降低至ν0－ν1。形成能量為h（ν0－ν1）、頻率為ν0－ν1的譜線。負(fù)拉曼位移，即ν0－ν1稱為Stokes線（斯托克斯線）。3、Raman散射基本原理h(?0+??)E0E1V=1V=0E1+h?0E2+h?0h??反stokes線另一種是分子處于激發(fā)態(tài)振

4、動能級，與光子碰撞后，分子從入射光子獲取確定的能量hν1達到較高的能級。則散射光子的能量變?yōu)閔（ν0+ν1）=hν，頻率增加至ν0+ν1。形成能量為h（ν0+ν1）、頻率為ν0+ν1的譜線。正拉曼位移，即ν0+ν1稱為反Stokes線（反斯托克斯線）。3、Raman散射基本原理ANTI-STOKES?0-??RayleighSTOKES?0+???0h(?0+??)E0E1V=1V=0E1+h?0E2+h?0h??h?0h(?0-??)stokes線反stokes線Rayleigh散射Rayleigh散射和Raman散射的對比Rayleigh散射：彈性碰撞；無能量交換，僅改變方

5、向；Raman散射：非彈性碰撞；方向改變且有能量交換；Rayleigh散射Raman散射E0基態(tài)，E1振動激發(fā)態(tài)；E0+h?0，E1+h?0激發(fā)虛態(tài)；獲得能量后，躍遷到激發(fā)虛態(tài).h??E0E1V=1V=0h?0h?0h?0h?0+??E1+h?0E0+h?0h(?0-??)激發(fā)虛態(tài)CCl4的拉曼光譜Stockslinesanti-StockeslinesRayleighscatteringΔν/cm-14、拉曼散射的分類（1）、共振拉曼散射（resonanceRamanscattering）：當(dāng)一個化合物被入射光激發(fā)，激發(fā)線的頻率處于該化合物的電子吸收譜帶以內(nèi)時，由于電子躍遷和

6、分子振動的耦合，使某些拉曼譜線的強度陡然增加，這個效應(yīng)被成為共振拉曼散射。（2）、表面增強拉曼散射（SERS，surface-enhancedRamanscattering）：當(dāng)一些分子被吸附到某些粗糙的金屬，如金、銀或銅的表面時，它們的拉曼譜線強度會得到極大地增強，這種不尋常的拉曼散射增強現(xiàn)象被稱為表面增強拉曼散射效應(yīng)。5、拉曼散射的特點（1）、屬于非彈性散射。（2）、每一種物質(zhì)(分子)有自己的特征拉曼光譜，可用拉曼光譜表征物質(zhì)。（3）、每一物質(zhì)的拉曼頻率位移（入射頻率與散射頻率之差)與入射光的頻率無關(guān)。（4）、拉曼散射是瞬時的，入射光消失后10-11~10-12s內(nèi)散射光消

7、失。（5）、拉曼譜線的寬度比較窄，且成對出現(xiàn)，即具有數(shù)值相同的正負(fù)頻率差，比入射光波長短的為反斯托克斯線，波長長的為斯托克斯線。（6）、分子做拉曼散射的同時，也有強度很大的瑞利散射。二、拉曼光譜儀激光拉曼光譜儀結(jié)構(gòu)示意圖主要由光源、外光路系統(tǒng)、樣品池、內(nèi)光路(單色器)、信號處理及輸出系統(tǒng)等五部分組成。1、拉曼光譜儀的組成2、拉曼光譜儀參數(shù)：可分辨的兩個相鄰的拉曼頻移峰的距離同一樣品相同條件下反復(fù)測量，某一點的拉曼頻移峰每次測量值偏差的最大值。如分辨率為2.0cm-1的拉曼光譜儀，如果兩個相鄰