拉曼分析测试技术.ppt
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1、拉曼光谱分析测试技术,目录,1、拉曼散射效应的发展历程,2、拉曼散射的基本原理,3、拉曼光谱图及其主要参数,4、拉曼光谱仪,1,5、拉曼光谱分析应用,6、结 论,1928 年,印度科学家拉曼(C.V Raman)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拉曼效应。,1、拉曼散射效应的发展历程,图1-1 印度科学家拉曼,图1-2 早期的拉曼散射检测设备,2,4,3,20世纪40年代,红外吸收光谱术迅速发展普及,拉曼光谱术一度成为受到限制的特殊技术;20世纪60年代,P
2、MT记录光谱、激光光源的引入,促使了拉曼光谱术的应用;20世纪70年代,纤维拉曼光谱术已能对1m2的小面积和1m3小体积做分子振动的分析,观察到对拉曼散射做出贡献的试样小球的形貌;20世纪80年代,纤维光学探针的引入,实现对远距离拉曼仪的试样进行测试;过去几十年来最重要的进展,就是傅里叶变换拉曼光谱术、CCD检测器的引用,拉曼光谱的测试更加快速和准确。,laser,scatter laser,瑞利散射,2-1 什么是拉曼散射,scatter=laser,拉曼散射,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、拉曼散射的基本原理,4,图2-1 激光照射到样
3、品后的散射图,瑞利散射:弹性碰撞;无能量交换,仅改变方向;拉曼散射:非弹性碰撞;方向改变且有能量交换;,图2-2 瑞利散射能级跃迁,图2-3 拉曼散射能级跃迁,5,拉曼散射的两种跃迁能量差:E=h(0-)产生斯托克斯线;强;基态分子多;E=h(0+)产生反斯托克斯线;弱;激发态分子少;,2-2 拉曼散射的两种能量跃迁形式,6,图2-4 拉曼散射的两种能级跃迁图,3、拉曼光谱及其主要参数,以CCl4的拉曼光谱图为例,从图3-1中可见,拉曼光谱的横坐标为拉曼位移,以波数表示,纵坐标为拉曼光强。由于拉曼位移与激发光无关,一般仅用斯托克斯位移部分。对发荧光的分子,有时用反斯托克斯位移。,图3-1 CC
4、l4的拉曼光谱图,3-1 Cl4的拉曼光谱图,7,9,3-2 拉曼参数,拉曼频移:即拉曼位移,一般用斯托克斯位移表示,对不同物质不同,对同一物质,与入射光频率无关;它是表征分子振-转能级的特征物理量,同时也是定性与结构分析的依据。,拉曼散射的偏振:光电场作用于电子云的力是位于垂直于光传播方向的平面上。平面上该力的方向可用一个矢量来表示,矢量的振幅在正负值之间正弦振荡。矢量所指的方向叫做光的偏振方向。,8,图3-2 样品分子对激光的散射和去偏振示意图,10,拉曼峰的强度:拉曼散射强度IR可用下式表达:所以,拉曼散射强度正比于被激发光照明的分子数。这是应用拉曼光谱术进行定量分析的基础。拉曼散射强度
5、也正比于入射光强度和(v0-v)4。,IL-激发光强度;N-散射分子数v-分子振动频率;v0-激光频率-振动原子的折合质量;a-极化率张量的平均值不变量;a-极化率张量的有向性不变量,9,11,拉曼不活性:仅仅考虑一个分子的对称性质和其中一种振动,就有可能判定来自该振动的拉曼散射强度必定等于零。这种振动称为拉曼不活性的或禁戒的。非拉曼不活性的振动称为拉曼活性的或许可的。拉曼选择规则说明什么样的振动跃迁是许可的。对一种理想的分子振动,谐振的选择规则是v=1,式中v为振动能级,振动非谐性产生弱拉曼峰,称为泛音,它扰乱了选择规则。只要确定分子的对称性,就能从适当的表格中得知有关振动是允许的还是禁戒的
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