材料方法-第5章-拉曼光谱

《材料方法-第5章-拉曼光谱》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章拉曼(Raman)光谱拉曼辐射理论是1923年由德国物理学家A.Smekal首先预言的，1928年印度物理学家C.V.Raman观察到苯和甲苯的效应，在此基础上发展起了拉曼光谱学。60年代激光被用作拉曼光谱的激发光源之后，由于激光的优越性，从而大大提高了拉曼散射的强度，使拉曼光谱进入了一个新时期，得到了日益广泛的应用。他天资出众，16岁大学毕业，以第一名获物理学金奖。19岁又以优异成绩获硕士学位。1906年，他仅18岁，就在英国著名科学杂志《自然》发表了论文，是关于光的衍射效应的。因光散射方面的研究工作和喇曼效应的发现，获得了1930年度的诺贝尔物

2、理学奖。一、拉曼光谱的基本概念1、瑞利散射、拉曼散射及拉曼位移碰撞弹性碰撞非弹性碰撞碰撞过程中，光子与分子之间没有能量交换，光子只改变运动方向，不改变频率，称为瑞利散射。碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅改变运动方向，而且改变频率，称为拉曼散射。斯托克斯(Stokes)线：光子把一部分能量给样品分子，得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测低频率的线反斯托克斯线：光子从样品分子中获得能量，在大于入射光频率处接收到散射光线拉曼位移或拉曼频移位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之差2、拉曼光谱选律和选择定则拉曼散射光谱也

3、同红外吸收光谱一样，遵守ΔE=hν的光谱选律。红外吸收要服从一定的选择定则，即分子振动时只有伴随分子偶极矩发生变化的振动才能产生红外吸收。同样，在拉曼光谱中，分子振动要产生位移也要服从一定的选择定则，也就是说只有伴随分子极化度发生变化的分子振动模式才能具有拉曼活性，产生拉曼散射。3、拉曼光谱图纵坐标为相对强度，横坐标是波数，它表示的是拉曼位移值。二、拉曼(Raman)光谱基本原理透射光入射光散射光散射是光子与分子发生碰撞的结果拉曼光谱是研究分子和光相互作用的散射光的频率光散射过程的跃迁图E1E0Stokes线Rayleigh线Anti-Stokes线拉曼

4、谱线斯托克斯线和反斯托克斯线统称为拉曼谱线。由于在通常情况下，分子绝大多数处于振动能级基态，所以斯托克斯线的强度远远强于反斯托克斯线。斯托克斯线反斯托克斯线CCl4常见的化合物基团振动频率在红外和拉曼光谱中的强度比较PET的红外（a）拉曼（b）光谱线型聚乙烯的红外（a）拉曼（b）光谱三、拉曼光谱和红外光谱红外光谱拉曼光谱分子在振动跃迁过程中有偶极矩的改变分子在振动跃迁过程中有极化率的改变拉曼光谱和红外光谱可以互相补充对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可

5、见。红外可见，拉曼不可见拉曼可见，红外不可见四、拉曼光谱的优点（1）一些在红外光谱中为弱吸收的谱带，在拉曼光谱中可能为强谱带，从而有利于这些基团的检出。（2）拉曼光谱低波数方向的测定范围宽，有利于提供重原子的振动信息。（3）对于结构的变化，拉曼光谱有可能比红外光谱更敏感。（4）特别适合于研究水溶液体系。（5）比红外光谱有更好的分辨率。（6）固体样品可直接测定，无需制样。五、拉曼散射的应用物理学，化学，材料科学，电子科学，生物生命科学，医学，环境科学，地球科学，天体科学等。拉曼散射研究的材料涉及前景相当广阔，可以用于研究固体的元激发，包括极化声子，激子，磁

6、振子，朗道能级等；研究相变，包括铁电相变，位移型相变，有序-无序型相变，无公度相变，混合型相变；研究电子散射，包括稀土离子，施主，受主散射，等离子体散射。1、拉曼光谱法在有机材料研究中的应用拉曼光谱的选择定则与分子构象凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则”。高分子材料的拉曼去偏振度及红外二向色性聚酰胺—6薄膜拉伸400％~激光拉曼散射光谱聚酰胺—6薄膜被拉伸250％的红外偏振光谱2、复合材料形变的拉曼光谱研究聚合丁二炔衍生物的结构分析(a)丁二炔衍生物单体及聚合物链的结构示意图R代表取代基官

7、能团(b)聚丁二炔单晶纤维德共振拉曼光谱(a)原始CNTs的拉曼曲线(b)酸处理CNTs的拉曼曲线(c)酸处理结合石墨化CNTs的拉曼曲线3、拉曼光谱法在纳米材料中的应用拉曼散射法可以基于以下的公式来测量纳米晶粒的平均尺寸：式中，B为一常数，为纳米颗粒在拉曼光谱中某一振动峰的峰位相对于同样的块体材料中该峰的偏移量。ZnO的Raman光谱（488nmAr＋激光器激发）ZnO样品的Raman光谱（325nmHe-Cd激光器激发）T64000型光谱仪的外观图六、拉曼光谱仪单色仪光电倍增管高压电源光子计数器驱动电路计算机显示器样品激光器凹面镜