紅外振動(dòng)光譜ppt課件-資料下載頁
2025-05-03 03:27本頁面
【正文】 非彈性散射稱為拉曼散射，一般把瑞利散射和拉曼散射合起來所形成的光譜稱為拉曼光譜。由于拉曼散射非常弱，所以一直到 1928年才被印度物理學(xué)家拉曼等所發(fā)現(xiàn)。 The Nobel Prize in Physics 1930 “ for his work on the scattering of light and for the discovery of the effect named after him” ? Sir Chandrasekhara Venkata Raman (1888 – 1970) ? Calcutta University Calcutta, India 他們?cè)谟霉療舻膯紊鈦碚丈淠承┮后w時(shí) ， 在液體的散射光中觀測到了頻率低于入射光頻率的新譜線 。 在拉曼等人宣布了他們的發(fā)現(xiàn)的幾個(gè)月后 ， 蘇聯(lián)物理學(xué)家蘭德斯別爾格等也獨(dú)立地報(bào)道了晶體中的這種效應(yīng)的存在 。 拉曼頻率及強(qiáng)度、偏振等標(biāo)志著散射物質(zhì)的性質(zhì)。從這些資料可以導(dǎo)出物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成成分的知識(shí)。 拉曼效應(yīng)起源于分子振動(dòng) (和點(diǎn)陣振動(dòng) )與轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從拉曼光譜中可以得到分子振動(dòng)能級(jí) (點(diǎn)陣振動(dòng)能級(jí) )與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。 激光器的出現(xiàn)使拉曼光譜學(xué)技術(shù)發(fā)生了很大的 變革。 ? 2 拉曼光譜的特點(diǎn)： ? 波長位移在中紅外區(qū)。有紅外及拉曼活性的分子 ,其紅外光譜和拉曼光譜近似。 ? 可使用各種溶劑，尤其是能測定水溶液，樣品處理簡單。 ? 低波數(shù)段測定容易 ， 彌補(bǔ)紅外光譜的遠(yuǎn)紅外區(qū)不適用于水溶液，選擇窗口材料、檢測器困難等不足。 ? ? 由 Stokes、反 Stokes線的強(qiáng)度比可以測定樣品體系的溫度。 ? 顯微拉曼的空間分辨率很高，為 1mm。 ? 時(shí)間分辨測定可以跟蹤 1012s量級(jí)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)過程。 ? 利用共振拉曼、表面增強(qiáng)拉曼可以提高測定靈敏度。 ? 8 其不足之處在于，激光光源可能破壞樣品；熒光性樣品測定一般不適用等。 ? 3 瑞利和拉曼散射的產(chǎn)生 ? 瑞利 (Rayleigh)散射，光子與分子間發(fā)生彈性碰撞，碰撞時(shí)只是方向發(fā)生改變而未發(fā)生能量交換。 ? 拉曼散射，光子與分子碰撞后發(fā)生了能量交換，光子將一部分能量傳遞給樣品分子或從樣品分子獲得一部分能量 ,因而改變了光的頻率。 形成Stokes線（能量減小）與反 Stokes線（能量加大）。能量變化所引起的散射光頻率變化稱為拉曼位移。 ? ?由于室溫下基態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)的分子數(shù)目最多 ,與光子作用后返回同一振動(dòng)能級(jí)的分子也最多 ,所以上述散射出現(xiàn)的幾率大小順序?yàn)椋喝鹄⑸?Stokes線 反Stokes線。隨溫度升高，反 Stokes線的強(qiáng)度增加。 請(qǐng)注意： 1). 在示意圖中斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì)稱地分布于瑞利線的兩側(cè) ， 這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng)于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量 。 ? 其中 ?是激發(fā)光的頻率， ?i是振動(dòng)頻率， h是 Planck常數(shù)， k是 Boltzmann常數(shù)， T是絕對(duì)溫度。 瑞利線與拉曼線的波數(shù)差稱為拉曼位移 ， kThiiS t o k e sS t o k e sAnt i eII ????? ????? 4)(2). 反斯托克斯線的強(qiáng)度遠(yuǎn)小于斯托克斯線的強(qiáng)度，這是由于 Boltzmann分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上的粒子數(shù)。實(shí)際上，反斯托克斯線與斯托克斯線的強(qiáng)度比滿足公式： 4 拉曼光譜的實(shí)驗(yàn)裝置 拉曼分光光度計(jì)有成套的設(shè)備 ， 也可以分部件裝配 。 下圖為譜儀的裝置示意圖 ， 主要有激光光源 ， 外光路系統(tǒng)及樣品裝置 ， 單色儀和探測記錄裝置 ， 現(xiàn)分述如下 。 激光光源 以前主要用低壓水銀燈作為光源 ， 目前已少用。 為了激發(fā)喇曼光譜 ， 對(duì)光源最主要的要求是應(yīng)當(dāng)具有相當(dāng)好的單色性 ， 即線寬要窄 ， 并能夠在試樣上給出高輻照度 。 氣體激光器能滿足這些要求 。 最常用的是氬離子激光 ， 波長為 ， 單頻輸出功率為 ～ 1W左右 。 也可以用氦氖激光 （ ， 約 50mW） 。 而Nd:YaG激光器則在 1064nm的近紅外區(qū)使用 。 下圖是天津港東的激光喇曼 /熒光光譜儀的外光路系統(tǒng)及樣品裝置。 天津市港東科技發(fā)展有限公司激光喇曼 /熒光光譜儀 （ LRSIII 配有進(jìn)口的陷波濾波片） 5 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 在拉曼光譜實(shí)驗(yàn)中，為了得到高質(zhì)量的譜圖，除了選用性能優(yōu)異的譜儀外，準(zhǔn)確地使用光譜儀，控制和提高儀器分辨率和信噪比是很重要的。 狹縫： 出射入射和中間狹縫是喇曼光譜儀的重要部分。狹縫的主要功能是控制儀器分辨率，并抑制雜散光。隨著狹縫寬度加大，強(qiáng)度增大，但分辨率線性下降，使譜線展寬。 孔徑角： 實(shí)際測量中應(yīng)注意把散射光正確地聚焦到入射狹縫上，否則不但降低了分辨率也影響了信號(hào)靈敏度。 激發(fā)功率： 提高激發(fā)光強(qiáng)度或增加縫寬能夠提高信噪比，但這樣做常常會(huì)因增加了雜散光。 激發(fā)波長： 激光波長對(duì)雜散光及信噪比的影響十分顯著，一般用長波長的激光譜線作為激發(fā)光，對(duì)獲得高質(zhì)量的譜圖有利。 ? 總之，一般應(yīng)首先用適當(dāng)減小狹縫寬度，保證儀器光路準(zhǔn)直等方法，盡量降低雜散光，然后再考慮用重復(fù)掃描；增加取樣時(shí)間；或計(jì)算機(jī)累加平均等方法來消除激光器、光電倍增管及電子學(xué)系統(tǒng)帶來的噪聲， 以保證譜圖質(zhì)量。 ? 6 拉曼光譜在無機(jī)材料研究中的應(yīng)用 ? 相的確定； ? 晶體結(jié)構(gòu)研究； ? Raman散射與紅外吸收方法機(jī)理不同 ， 所遵守的選擇定則也不同 。 兩種方法可以相互補(bǔ)充 。 下圖是 Nylon 66的 Raman與紅外光譜圖 。
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