拉曼光谱分析.pdf

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1、现代材料物理研究方法第八讲拉曼光谱分析主要内容n红外光谱(IR)分子振动光谱n拉曼光谱(Raman)n紫外-可见光谱激光拉曼光谱基础n1928C.V.Raman发现拉曼散射效应n1960随着激光光源建立拉曼光谱分析n拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱n生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析，尤其是现代材料分析拉曼光谱的原理拉曼效应：n当一束激发光的光子与作为散射中心的分子发生相互作用时，大部分光子仅是改变了方向，发生散射，而光的频率仍与激发光源一致，这种散射称为瑞利散射。n但也存在很微量的光子不仅改变了光的传播方向，而且也改变了

2、光波的频率，这种散射称为拉曼散射。其散射光的强度约占总散射光强度的10－3。n拉曼散射的产生原因是光子与分子之间发生了能量交换，改变了光子的能量。拉曼原理hnRayleighscattering:Iλ-4hn’n=n’n=n’这种现象称为拉曼散射n=n’激发态虚能级准激发态antistokesstokes基态RamanRayleighRamanscattering拉曼原理n斯托克斯（Stokes）拉曼散射分子由处于振动基态E被激发到激发态E时，分子获得的能量为ΔE，01恰好等于光子失去的能量：ΔE＝E－E，由此可以获得相应光子的频10率改变

3、Δν＝ΔE/hnStokes散射光线的频率低于激发光频率。反Stokes线的频率νas＝ν0＋ΔE/h，高于激发光源的频率。n拉曼散射的产生与分子的极化率α有关系α是衡量分子在电场作用下电荷分布发生改变的难易程度，或诱导偶极距的大小，即单位电场强度诱导偶极距的大小。散射光与入射光频率的差值即是分子的振动频率拉曼原理n拉曼位移（RamanShift）斯托克斯与反斯托克斯散射光的频率与激发光源频率之差Δν统称为拉曼位移。n斯托克斯散射的强度通常要比反斯托克斯散射强度强得多，在拉曼光谱分析中，通常测定斯托克斯散射光线。n拉曼位移取决于分子振动能级

4、的变化，不同的化学键或基态有不同的振动方式，决定了其能级间的能量变化，因此，与之对应的拉曼位移是特征的。这是拉曼光谱进行分子结构定性分析的理论依据。拉曼原理拉曼活性：n并不是所有的分子结构都具有拉曼活性的。分子振动是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一固定方向上的极化率的变化。n对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率是否改变来判断的。n对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下，肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强；而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不能产生拉曼活性。拉曼活性拉曼光谱参量1.峰位:是电子

5、能级基态的振动态性质的一种反映。以入射光和散射光波数差表示。峰位的移动与激发光的频率无关.2.强度:与浓度成正比.3.退偏比(depolarizationratio):r=I‖/I提供分子对称性的信息，并有助于谱线的指认.共振拉曼散射Strengthenhanced102~3moresensitiveconcentration<0.1mMsimilartoUV拉曼原理-LRS与IR比较n拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。n一般，分子的非对称性振动和极性基团的振动

6、，都会引起分子偶极距的变化，因而这类振动是红外活性的；而分子对称性振动和非极性基团振动，会使分子变形，极化率随之变化，具有拉曼活性。n因此，拉曼光谱适合同原子的非极性键的振动。如C-C，S-S，N-N键等，对称性骨架振动，均可从拉曼光谱中获得丰富的信息。而不同原子的极性键，如C=O，C-H，N-H和O-H等，在红外光谱上有反映。相反，分子对称骨架振动在红外光谱上几乎看不到。n可见，拉曼光谱和红外光谱是相互补充的。LRS与IR比较n对任何分子可以粗略地用下面的原则来判断其拉曼或红外活性：1.相互排斥规则：凡具有对称中心的分子，若其分子振动对拉

7、曼是活性的，则其红外就是非活性的。反之，若对红外是活性的，则对拉曼就是非活性的。2.相互允许规则：凡是没有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则红外也是活性的。3.相互禁阻规则：对于少数分子振动，其红外和拉曼光谱都是非活性的。如乙稀分子的扭曲振动，既没有偶极距变化也没有极化率的变化。如何选择振动光谱进行实验测定IR:dipolemoment,eg.C=O,P=O,C=N,etc.Raman:induceddipolemoment,eg.S-S,O-O?Ethyleneisoutofthisrule激光拉曼光谱仪n共性•分子结构测定，

8、同属振动光谱n各自特色中红外光谱拉曼光谱生物、有机材料为主无机、有机、生物材料对极性键敏感对非极性键敏感需简单制样无需制样光谱范围：400-4000cm-1光谱范围：5-4000