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1、1,李 子 坡,2 0 9 0 7 0 1 1 0 2 4,2,激 光 拉 曼 光 谱,1 概述 2 拉曼效应 3 拉曼光谱仪 4 拉曼光谱图 5 红外与拉曼比较,3,1 概述,1800年，英国科学家W. Herschel 在测色温时(即波长越长，所具有的温度越高)，发现了红外光，InfraRed。 由于存在红外非活性的问题，因此人们又继续研究探索，在1928年的时候，由印度科学家V. C. Raman发现了拉曼效应，并获得1930年度Nobel物理奖。,4,2 拉曼效应（1）,1）瑞利散射 一个频率为 的单色光（一般为可见光），当不被物体吸收时，大部分将保持原来的方向穿过物体，但大约有1/1
2、051/103的光被散射到各个方向。并且在与入射光垂直的方向，可以看到这种散射光。1871年科学家Rayleigh发现了这种现象，因此称之为瑞利散射。该种散射为弹性碰撞，光的频率不变。 波长较短的光，其瑞利散射强一些。这也是天空呈现蓝色的原因(日光中蓝光的瑞利散射是红光强度的10倍)。,5,2 拉曼效应（2）,2）拉曼散射 当单色光照射在样品上，发生瑞利散射的同时，总发现有1左右的散射光频率与入射光不同。把这种效应命名为拉曼效应，（喇曼效应）。,6,2 拉曼效应（3）,拉曼散射与入射光的波数无关，只与物质本身的分子结构所固有的振动和转动能级结构有关（与红外光谱中所讲的分子的能级一致，但红外光谱
3、反映的是这些能级的转变对入射光的吸收效应，而拉曼光谱则反映的是发射光谱效应）。因此拉曼技术检测分子可用于鉴别物质的种类。,7,2 拉曼效应（4）,若入射光的波数为0，则拉曼散射的0i 。又称之为拉曼位移。,E1为分子的基态； E2为除基态以外的某一能级（如某一振动态） E3和E3为该分子的受激虚态之能级。,8,2 拉曼效应（5）,1）处于基态E1的分子受入射光子h0的激发，跃迁到受激虚态E3，而后又回到基态E1。或者E2的分子激发到E3，很快又回到E2，这两种情况下，能量都没有改变，这种弹性碰撞称之为瑞利散射，散射光的波数等于入射光的波数。,9,2 拉曼效应（6）,2）处于基态E1的分子受激发
4、，跃迁到受激虚态E3，而后又回到基态E2（而非E1）。分子的能量损失了E2E1h。这种非弹性碰撞称之为斯托克斯散射（Stokes）。 散射波的波数等于0-,10,2 拉曼效应（7）,3）处于E2的分子受激发，跃迁到受激虚态E3，而后又回到E1。分子的能量增加了E2E1h。这种非弹性碰撞称之为反斯托克斯散射（AntiStokes）。 散射波的波数等于0,11,2 拉曼效应（8）,斯托克斯散射和反斯托克斯散散统称为拉曼散射。实际上，反斯托克斯散射的强度比较大，因此在拉曼光谱测定上习惯采用反斯托克斯散射。,12,2 拉曼效应（9）,图中的E2 为除基态以外的某一能级，可以是分子的任何一个转动能级或者
5、振动能级，因此分子产生的拉曼散射可以有多个不同的波数。,13,2 拉曼效应（10）,拉曼散射的多个不同的波数,14,2 拉曼效应（11）,拉曼散射的多个不同的波数,15,3 拉曼光谱仪（1）,1）激光光源：氩离子激光器，激光波长 514.5nm（绿光）, 氦氖激光器，激光波长 488.0nm（紫光）。 激光的特点：偏振光，强度大，可聚集成很细的一束。 照射在样品上的一个点（1微米区域），因此把激光拉曼光谱又称之外激光拉曼微探针：Laser Raman Microscopy （LRM）,16,3 拉曼光谱仪（2）,2）仪器原理,17,4 拉曼光谱图（1）,18,4 拉曼光谱图（2）,Nylon
6、hydrophile,19,4 拉曼光谱图（3）,Diamond sharp peak at 1332 cm-1, graphite broad hump at 1550 cm-1.,20,4 拉曼光谱图（4）,21,5 红外与拉曼比较（1),1 都是研究分子结构（化学键）的分子振动、 转动光谱。 2 红外光谱是吸收光谱，拉曼是发射光谱 3 拉曼的频谱范围宽 104500cm1，红外的窄 2004000cm 1 。,22,5 红外与拉曼比较（2),4 拉曼的激发波长可以是可见光区的任一激发源，因此其色散系统比较简单，（可见光区），而红外的辐射源和接收系统必须放在专门封闭的装置内。 5 不具有偶极矩的分子，不产生红外吸收，但可产生拉曼散射。,