激光拉曼光谱ppt课件.ppt

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1、9.3激光拉曼光谱陈德良郑州大学7/30/20211DeliangChen(ZhengzhouUniversity)9.3.1引言拉曼散射效应是1928年由印度物理学家拉曼发现。拉曼光谱是一种基于拉曼散射效应的散射光谱。在20世纪30年代，曾是研究分子结构的主要手段；40年代后期由于可见光分光和照相感光技术的发展部分取代了拉曼光谱；特别是由于红外光谱的迅速发展，拉曼光谱的地位更是一落千丈。自1960年激光问世并引入拉曼光谱后，拉曼光谱由于激光的单色性好且强度大，显著地提高了拉曼散射的强度。目前激光拉曼光谱已广泛应用于有机、无机、高分子、生物、环保等各个领域。近来又发展了

2、受激拉曼效应、超拉曼效应、反拉曼效应以及快速扫描拉曼光谱等。7/30/20212DeliangChen(ZhengzhouUniversity)在分子振动方式中，强力吸收红外光的振动能产生高强度的红外吸收峰，但只能产生强度较弱的拉曼谱峰；反之，能产生强的拉曼谱峰的分子振动却产生较弱的红外吸收峰。因此，拉曼光谱与红外光谱可以相互补充，更好地解决分子结构的分析问题。拉曼光谱是研究分子振动对光的散射情况，其优点是分析时样品的制备容易，并且从拉曼谱图中可以获得丰富的样品信息。在样品的分析过程，只需将样品放到激光光路中以收集散射光即可得到其光谱，与样品的厚度无关，基本不受环境因素

3、影响，因此不需要真空样品仓或干燥样品台。7/30/20213DeliangChen(ZhengzhouUniversity)DXR智能拉曼光谱仪7/30/20214DeliangChen(ZhengzhouUniversity)激光共焦显微拉曼光谱仪7/30/20215DeliangChen(ZhengzhouUniversity)9.3.2拉曼光谱基本原理9.3.2.1拉曼散射光通过介质时会发生散射现象，当介质颗粒与入射光波的长度相近时，发生廷德尔(Tyndall)现象。当散射粒子为分子大小时，发生瑞利(Rayleish)散射：改变光的传播方向，但不改变光的波长。19

4、28年印度物理学家C.V.Raman发现与入射光波长不同的散射，即拉曼散射。用单色光照射透明样品时，光的绝大部分沿着入射光的方向透过，一小部分会被样品在各个方向上散射。用光谱仪测定散射光的光谱时，存在着两种不同的散射现象，即瑞利散射与拉曼散射。7/30/20216DeliangChen(ZhengzhouUniversity)1．瑞利散射如果光子与样品分子发生弹性碰撞，即光子与分子之间没有能量交换，则光子的能量保持不变，散射光的频率与入射光频率相同，只是光子的方向发生改变，此即弹性散射，通常叫瑞利散射。2．拉曼散射当光子与分子发生非弹性碰撞时，光子与分子之间发生能量交换

5、，光子的能量就会减少或增加。在瑞利散射线的两侧可观察到一系列低于或高于入射光频率的散射线，此即拉曼散射。7/30/20217DeliangChen(ZhengzhouUniversity)斯托克斯(stokes)线的频率：反斯托克斯(anti-stokes)线的频率：拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线频率与入射光频率之差。对应的斯托克斯线和反斯托克斯线的拉曼位移相等：拉曼谱线：vo±△v。斯托克斯线和反斯托克斯线的跃迁几率是相等，但正常情况下分子多处于基态，因此斯托克斯线比反斯托克斯线强得多。拉曼光谱分析多采用斯托克斯线。7/30/20218DeliangChen(Zh

6、engzhouUniversity)9.2.2红外光谱与拉曼光谱的关系1．红外活性与拉曼活性某种振动类型是否具有红外活性，取决于分子振动时其偶极矩是否发生变化；而拉曼活性则取决于分子振动时极化度是否发生变化，分子转动时，如果发生极化度改变，也是拉曼活性的。目前转动跃迁对拉曼光谱在分析上的重要性不大。极化度:分子在电场(如光波等交变电磁场)的作用下，分子中电子云变形的难易程度。极化度、电场E、诱导偶极矩m三者之间的关系:7/30/20219DeliangChen(ZhengzhouUniversity)活性判别规则拉曼散射是与入射光电场E所引起的分子极化的诱导偶极矩有关

7、。拉曼谱线的强度正比于诱导跃迁偶极矩的变化。拉曼和红外是否活性判别规则:(1)相互排斥规则:凡具有对称中心的分子，具有红外活性(跃迁是允许)，则其拉曼是非活性(跃迁是禁阻)的;反之，若该分子的振动对拉曼是活性的，则其红外就是非活性的。(2)相互允许规则:一般，没有对称中心的分子，其红外和拉曼光谱部是活性的。(3)相互禁阻规则:有少数分子的振动其红外和拉曼都是非活性的。7/30/202110DeliangChen(ZhengzhouUniversity)乙烯是平面对称分子，没有永久偶极矩，在扭曲振动时也没有偶极矩的变化，所以它是红外非活性的