拉曼光谱原理及应用

©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.武艳红武艳红武艳红武艳红科学仪器事业部科学仪器事业部科学仪器事业部科学仪器事业部欧美产线欧美产线欧美产线欧美产线2011.07.082011.07.082011.07.082011.07.08拉曼光谱原理及应用©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.内容概要内容概要内容概要内容概要
拉曼光谱原理拉曼光谱原理拉曼光谱原理拉曼光谱原理
拉曼光谱仪各部件功能拉曼光谱仪各部件功能拉曼光谱仪各部件功能拉曼光谱仪各部件功能
激光器激光器激光器激光器
滤光片滤光片滤光片滤光片
物镜及共焦针孔物镜及共焦针孔物镜及共焦针孔物镜及共焦针孔
光栅和焦长光栅和焦长光栅和焦长光栅和焦长
探测器探测器探测器探测器©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1928年，印度科学家C.VRamanin首先在CCL4光谱中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信息，因此这种效应命名为Raman效应。ProvidedbyProf.D.Mukherjee,DirectorofIndianAssociationfortheCultivationofScience什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应什么是拉曼效应????????©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.λλλλlaserλλλλscatter≠λλλλlaser瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射λλλλscatter=λλλλlaser拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射弹性散射弹性散射弹性散射弹性散射：：：：频率不发生改变频率不发生改变频率不发生改变频率不发生改变，，，，如瑞利散射如瑞利散射如瑞利散射如瑞利散射非弹性散射非弹性散射非弹性散射非弹性散射：：：：频率发生改变频率发生改变频率发生改变频率发生改变，，，，如拉曼散射如拉曼散射如拉曼散射如拉曼散射λλλλscatter≠λλλλlaser拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.能级示意图能级示意图能级示意图能级示意图能级示意图能级示意图能级示意图能级示意图虚态虚态虚态虚态电子基态电子基态电子基态电子基态电子激发态电子激发态电子激发态电子激发态瑞利散射瑞利散射瑞利散射瑞利散射hvhvhvhv0000hvhvhvhv0000斯托克斯散射斯托克斯散射斯托克斯散射斯托克斯散射h(vh(vh(vh(v0000----v)v)v)v)hvhvhvhv0000反斯托克斯散射反斯托克斯散射反斯托克斯散射反斯托克斯散射h(vh(vh(vh(v0000＋＋＋＋v)v)v)v)hvhvhvhv0000hvhvhvhv1111hvhvhvhv2222荧光荧光荧光荧光能量差能量差能量差能量差发射光发射光发射光发射光子能量子能量子能量子能量©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.峰位峰位峰位峰位谱峰偏移谱峰偏移谱峰偏移谱峰偏移强度强度强度强度半高宽半高宽半高宽半高宽FWHMRamanshift拉曼光谱的信息拉曼频率的确认拉曼频率的确认拉曼频率的确认拉曼频率的确认：：：：物质的组成物质的组成物质的组成物质的组成、、、、结构结构结构结构、、、、构象构象构象构象、、、、形态形态形态形态拉曼峰位的变化拉曼峰位的变化拉曼峰位的变化拉曼峰位的变化：：：：张力张力张力张力、、、、应力应力应力应力拉曼的偏振拉曼的偏振拉曼的偏振拉曼的偏振：：：：晶体对称性和取向晶体对称性和取向晶体对称性和取向晶体对称性和取向拉曼峰宽拉曼峰宽拉曼峰宽拉曼峰宽：：：：晶体质量晶体质量晶体质量晶体质量拉曼峰强度拉曼峰强度拉曼峰强度拉曼峰强度：：：：物质总量物质总量物质总量物质总量定性的信息定性的信息定性的信息定性的信息::::拉曼光谱是物质结构的指纹光谱拉曼光谱是物质结构的指纹光谱拉曼光谱是物质结构的指纹光谱拉曼光谱是物质结构的指纹光谱定量的信息定量的信息定量的信息定量的信息::::可以通过光谱校正可以通过光谱校正可以通过光谱校正可以通过光谱校正,,,,得到准确的应力得到准确的应力得到准确的应力得到准确的应力大小和浓度分布大小和浓度分布大小和浓度分布大小和浓度分布©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.Intensity(a.u.)12001400160018002000220024002600RamanShift(cm-1)OONN498KJ/mol941.7KJ/mol键能越大键能越大键能越大键能越大，，，，拉曼位移越大拉曼位移越大拉曼位移越大拉曼位移越大;;;;原子质量越大原子质量越大原子质量越大原子质量越大，，，，拉曼位移越小拉曼位移越小拉曼位移越小拉曼位移越小....(k/μμμμ)1/22ππππcυυυυ=MAMB(MA+MB)μμμμ=拉曼位移拉曼位移拉曼位移拉曼位移拉曼位移拉曼位移拉曼位移拉曼位移©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.HongjieDaietal.J.Am.Chem.Soc.(2008)130:13540-13541拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素——原子质量原子质量原子质量原子质量原子质量原子质量原子质量原子质量SWNTSWNTSWNTSWNT的的的的GGGG峰位移与峰位移与峰位移与峰位移与C12/C13C12/C13C12/C13C12/C13比例密切相关比例密切相关比例密切相关比例密切相关©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1332158020000150001000050000100012001400160018002000Wavenumber(cm-1)拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素——键能键能键能键能键能键能键能键能((((((((同素异形体同素异形体同素异形体同素异形体））））同素异形体同素异形体同素异形体同素异形体））））同素异形体同素异形体同素异形体同素异形体—石墨石墨石墨石墨&&&&金刚石金刚石金刚石金刚石©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.20040060080010001200140016001800200022002400Intensity(cnt)200400600800100012001400RamanShift(cm-1)金红石和锐钛矿同为金红石和锐钛矿同为金红石和锐钛矿同为金红石和锐钛矿同为TiOTiOTiOTiO2222：：：：相同的化学组成相同的化学组成相同的化学组成相同的化学组成，，，，不同的晶型不同的晶型不同的晶型不同的晶型金红石金红石金红石金红石锐钛矿锐钛矿锐钛矿锐钛矿拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素——晶格晶格晶格晶格（（（（多晶型多晶型多晶型多晶型））））晶格晶格晶格晶格（（（（多晶型多晶型多晶型多晶型））））©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体非对映异构体伪麻黄碱伪麻黄碱伪麻黄碱伪麻黄碱麻黄碱麻黄碱麻黄碱麻黄碱500100015002000250030003500RamanShift(cm-1)RamanIntensity(arbitraryunit)拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素拉曼位移的影响因素——空间结构空间结构空间结构空间结构空间结构空间结构空间结构空间结构©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.样品样品样品样品方法方法方法方法•分子层面分子层面分子层面分子层面•对结构与环境敏感对结构与环境敏感对结构与环境敏感对结构与环境敏感•各种性状各种性状各种性状各种性状•无需特殊处理无需特殊处理无需特殊处理无需特殊处理•含水样品含水样品含水样品含水样品•玻璃样品池玻璃样品池玻璃样品池玻璃样品池信息信息信息信息•无损无损无损无损，，，，非破坏性非破坏性非破坏性非破坏性•特异性特异性特异性特异性•微量和宏观微量和宏观微量和宏观微量和宏观•实时检测实时检测实时检测实时检测•活体检测活体检测活体检测活体检测拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势拉曼光谱的优势©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1111：：：：半导体材料半导体材料半导体材料半导体材料;2;2;2;2：：：：聚合体聚合体聚合体聚合体；；；；3333：：：：碳材料碳材料碳材料碳材料；；；；4444：：：：地质学地质学地质学地质学////矿物学矿物学矿物学矿物学////宝石鉴定宝石鉴定宝石鉴定宝石鉴定；；；；5555：：：：生命科学生命科学生命科学生命科学;6;6;6;6：：：：医药医药医药医药；；；；7777：：：：化学化学化学化学；；；；8888：：：：环境环境环境环境；；；；9999：：：：物理物理物理物理10101010：：：：考古考古考古考古；；；；11111111：：：：薄膜薄膜薄膜薄膜;;;;12:12:12:12:法庭科学法庭科学法庭科学法庭科学::::违禁药品检查违禁药品检查违禁药品检查违禁药品检查；；；；区分各种颜料区分各种颜料区分各种颜料区分各种颜料，，，，色素色素色素色素，，，，油漆油漆油漆油漆，，，，纤维纤维纤维纤维等等等等；；；；爆炸物的研究爆炸物的研究爆炸物的研究爆炸物的研究；；；；墨迹研究墨迹研究墨迹研究墨迹研究；；；；子弹残留物和地质碎片研究子弹残留物和地质碎片研究子弹残留物和地质碎片研究子弹残留物和地质碎片研究拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域拉曼光谱应用领域©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.光源样品光栅探测器干涉滤光片瑞利滤光装置拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量拉曼光谱测量©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.激光器激光器激光器激光器样品样品样品样品瑞利滤光片瑞利滤光片瑞利滤光片瑞利滤光片共聚焦针孔共聚焦针孔共聚焦针孔共聚焦针孔光栅光栅光栅光栅干涉滤光片干涉滤光片干涉滤光片干涉滤光片狭缝狭缝狭缝狭缝功率衰减片功率衰减片功率衰减片功率衰减片显微镜显微镜显微镜显微镜蓝蓝蓝蓝：：：：偏振片偏振片偏振片偏振片粉粉粉粉::::DuoScanDuoScanDuoScanDuoScan拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图（（（（滤光片型滤光片型滤光片型滤光片型））））拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图拉曼光谱仪原理图（（（（滤光片型滤光片型滤光片型滤光片型））））探测器探测器探测器探测器©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.拉曼位移是一个相对值拉曼位移是一个相对值拉曼位移是一个相对值拉曼位移是一个相对值，，，，对于对于对于对于同一振动模式同一振动模式同一振动模式同一振动模