Raman拉曼光谱原理及应用-刘仕锋_图文

拉曼光谱学 ——原理及应用 HORIBA Jobin Yvon 北京办事处 报告内容 ¾1-什么是拉曼光谱? –简单介绍 ¾2-拉曼光谱仪工作原理介绍 ¾3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍¾4-HORIBA Jobin Yvon 拉曼光谱仪简 介 1928 年,印度科学家 C.V Raman in首先在 CCL 4 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。 时间 和发现人? Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science λlaser λscatter λlaser 瑞利散射 λscatter = λlaser 拉曼散射 光散射的过程:激光入射到样品,产生散射光。散射光弹性散射(频率不发生改变 -瑞利散射 非弹性散射(频率发生改变-拉曼散射 2 000 4 0006 0008 00010 000I n t e n s i t y (c n t 400 600 Raman Shift (cm -1 520 不同材料的拉曼光 谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱 z 为表征和鉴别材料提供了指纹谱 z 深入开展光谱学和材料物性研究打下基础 1332 1580 20000 15000 10000 5000 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Wavenumber (cm-1 •组分信息•结构信息 羰基伸缩线宽=结晶度 碳环 伸缩模式 乙二醇模式:结构的指示剂 B g B g PET 的拉曼光谱--官能团 拉曼是指纹光谱 2000015000100005000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 νi = νo -ν(cm -1 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 20000 15000 10000 5000 0I n t e n s i t y (A .U . OH stretching CH3 Stretching Modes Skeletal Bending CCO modes OH Bending CH3 and CH2 Bending Modes 甲醇 vs. 乙醇 CH 3OH vs.CH 3CH 2OH ¾化学组成,污染物探测. ¾振动频率可以给出结构的细微变化,对于分子所处的局域环境,比如晶相,局域 应力和结晶度等都很敏感¾结构信息(晶体、无定形、同分异构体… 定性的信息:拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布 Band postion band Position shift I n t e n s i t y Band Width Raman shift 拉曼光谱的特征 拉曼频移峰位与激发波长没有关系 35000 30000 25000 20000 15000 10000 5000 I n t e n s i t y (a .u . 500 1000 1500 2000 2500 3000 Wavenumber (cm-1 633 nm 25000 20000 15000 10000 5000 I n t e n s i t y (a .u . 500 1000 1500 2000 2500 3000 Wavenumber (cm-1 785 nm 7000060000 50000 40000 30000 20000 10000 I n t e n s i t y (a .u . 500 1000 1500 2000 2500 3000 Wavenumber (cm-1 532 nm 多激发波长:选择适合的激发波长 •一般情况,拉曼光谱是不随激发波长的变化而变化的 然而… •I Raman α1/λ4 •UV or NIR激发可以避开荧光的干扰•不同 λexcitation 可以分析样品不同层的 信息 2-拉曼光谱仪的工作原理 拉曼光谱测量原理: 激光 样品 滤光装置光栅 探测器 •瑞利滤光片(去除瑞利散射光-颜色不发生改变的光 •耦合光路-光照射到样品,收集散射光(大光路和显微光路 •光源-(太阳光-Hg灯-激光 •光谱仪和探测器 一般为单光栅光谱仪和 CCD 探测器 几个拉曼实验中的重要因素 •1-灵敏度 •2-光谱分辨率 •3-空间分辨率 影响:准确性、取谱速度、空间分辨效果不得不说的话 ——任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 00010 00011 00012 000I n t e n s i t y (c n t 200 250 300350400 450500550 Raman Shift (cm -1 sic11-532 1800sic11-532 6000 500 1 0001 500 2 000 2 500 3 000 3 500 4 000I n t e n s i t y (c n t 555 560 565 570575580585 Raman Shift (cm -1 sic11-532 1800sic11-532 600 分辨率为 2 cm -1普通分辨率分辨率为 0.65 cm -1高分辨率 SiC 的拉曼光谱图 光谱分辨率 吉林大学样品 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000I n t e n s i t y (c n t 200 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 1 800 Raman Shift (cm -1 CaCO3-1800 CaCO3-600红色:分辨率(2cm-1模式兰色:高分辨率(0.65 cm-1模式 190 200 210 220230240 Raman Shift (cm -1 CaCO3-1800 CaCO3-600 光谱分辨率 010 -8567 9966 -219 怎样找到一台高分辨的拉曼谱仪? 光谱仪的焦长:250mm、300mm、460mm、800mm……2m 密决? 空间分辨率(共焦技术 共焦针孔 微区空间分辨率? 非聚焦 共焦技术可以实现: •得到更好的横向分辨率(1µm •极大的提高了纵向分辨率(‾2 µm •有效地减少荧光干扰 应用中可以解决: ¾微米和亚微米颗粒 ¾可以研究材料中的包裹体 ¾XY 和 Z 成像: 相分布和结构分布,多层膜样品分析 x103 5 10 15 I n t e n s i t y (c n t -40-30 -20 -100 Z (祄 x10-335 I n t e n s i t y (c n t 1000 1200 14001600 1800 Raman Shift (cm -1 700800900I n t e n s i t y (c n t 1000 1200 140016