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1、拉曼光谱学拉曼光谱学 原理及应用原理及应用HORIBA Jobin Yvon北京办事处报告内容报告内容?1-什么是拉曼光谱 ? 简单介绍?2-拉曼光谱仪工作原理介绍?3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍?4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介1928 年，印度科学家C.V Raman in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。时间 和发现人?时间 和发现人?Provided by Prof. D. Mukherjee, Dir
2、ector of Indian Association for the Cultivation of Science 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? ? ? ? laser scatter laser瑞利散射瑞利散射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? ? ? ? scatter= laser拉曼散射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）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）
3、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? ? ? ?2 0004 0006 0008 00010 000Intensity (cnt)400600 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?为表征和鉴别材料提供了指纹谱?深入开展光谱学和材料物性研究打下基础1332 1580 20000150001000050000100012001400160018002000Wavenumber (cm-1)拉曼光谱给出的信息？拉曼光谱给出的信息？组分信息组分信息 结构信息结构信息拉曼光谱给出的信息？拉曼光谱给出的信息？羰基伸缩
4、 线宽=结晶度碳环伸缩模式乙二醇模式: 结构的指示剂BgBgPET的拉曼光谱官能团官能团拉曼是指纹光谱拉曼是指纹光谱20000150001000050000500100015002000250030003500 i = o- (cm-1)500 1000 1500 2000 2500 3000 350020000150001000050000Intensity (A.U.)OH stretchingCH3 Stretching ModesSkeletal BendingCCO modesOH BendingCH3 and CH2 Bending Modes甲醇甲醇vs. vs. 乙醇乙醇CHC
5、H3 3OH OH vs.vs.CHCH3 3CHCH2 2OH OH 拉曼光谱给出的信息？拉曼光谱给出的信息？? 化学组成，污染物探测.? 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? 结构信息（晶体、无定形、同分异构 体) 定性的信息 :定性的信息 :拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息: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 postionband Position shiftIntensityBand WidthRaman shift拉曼光谱给出的信息？拉曼光谱给出的信息？拉曼光谱的特征拉曼光谱的特
6、征拉曼频移峰位与激发波长没有关系3500030000250002000015000100005000Intensity (a.u.)50010001500200025003000Wavenumber (cm-1)633 nm2500020000150001000050000Intensity (a.u.)50010001500200025003000Wavenumber (cm-1)785 nm70000600005000040000300002000010000Intensity (a.u.)50010001500200025003000Wavenumber (cm-1)532 nm多激发波
7、长：选择适合的激发波长多激发波长：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然而I IRamanRaman 1/4 UV or NIR激发可以避开荧光的干扰不同 excitation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：拉曼光谱测量原理：拉曼光谱测量原理：拉曼光谱测量原理：激光样品滤光装置激光样品滤光装置光栅探测器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）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）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（
8、太阳光-Hg灯-激光）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光谱仪和探测器 一般为单光栅光谱仪和CCD探测器探测器几个拉曼实验中的重要因素几个拉曼实验中的重要因素 1-灵敏度1-灵敏度 2-光谱分辨率2-光谱分辨率 3-空间分辨率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不得不说的话不得不说的话不得不说的话不得不说的话不得不说的话任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题任何一次拉曼光谱实验中都会遇到的问题01 0002 0003 0004 0005 0006 0007 0008 0009 00010 00011 00012 000Intensity (
9、cnt)200250300350400450500550 Raman Shift (cm-1)sic11-532 1800 sic11-532 60005001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000In ten sity (cn t)555560565570575580585 Raman Shift (cm-1)sic11-532 1800 sic11-532 600分辨率为 2 cm-1普通分辨率 分辨率为0.65 cm-1高分辨率SiCSiC的拉曼光谱图的拉曼光谱图光谱分辨率光谱分辨率吉林大学样品01 0002 0003 0004 0005 0006 0007
10、 000Intensity (cnt)2004006008001 0001 2001 4001 6001 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190200210220230240 Raman Shift (cm-1)CaCO3-1800 CaCO3-600光谱分辨率光谱分辨率010 8567 9966 219010 8567 9966 219怎样找到一台高分辨的拉曼谱仪？怎样找到一台高分辨的拉曼谱仪？光谱仪的焦长：250mm、300mm、460mm、800mm2m密决？密决？
11、空间分辨率(共焦技术)空间分辨率(共焦技术)共焦技术可以实现:共焦技术可以实现: 得到更好的横向分辨率 (1m) 极大的提高了纵向分辨率 (2 m) 有效地减少荧光干扰? 微米和亚微米颗粒 ? 可以研究材料中的包裹体 ? XY 和 Z 成像 : 相分布和结构分布,多层膜样品分析共焦针孔非聚焦共焦针孔非聚焦应用中可以解决：应用中可以解决：微区空间分辨率？微区空间分辨率？x103051015Intensity (cnt)-40-30-20-100 祄Z ()x10-335Intensity (cnt)10001200140016001800 Raman Shift (cm-1)700800900I
12、ntensity (cnt)10001200140016001800 Raman Shift (cm-1)好的共焦状态清晰的界面结果！好的共焦状态清晰的界面结果！空间分辨率(共焦技术)空间分辨率(共焦技术) 寻找好的共焦技术？寻找好的共焦技术？ 高分子多层膜高分子多层膜空间分辨率(共焦技术)空间分辨率(共焦技术)共焦状态不好界面？共焦状态不好界面？05 00010 00015 00020 000Intensity (cnt)-40-30-20-100 祄Z ()3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍1：半导体材料; 2：聚合体；3：碳材料；4：地质学/矿物学/宝石
13、鉴定；5：生命科学; 6：医药；7：化学；8：环境；9：物理10：考古；11：薄膜; 12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维等；爆炸物的研究；墨迹研究；子弹残留物和地质碎片研究1：半导体材料; 2：聚合体；3：碳材料；4：地质学/矿物学/宝石鉴定；5：生命科学; 6：医药；7：化学；8：环境；9：物理10：考古；11：薄膜; 12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维等；爆炸物的研究；墨迹研究；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：1-聚合物,高分子1-聚合物,高分子拉曼光谱应用-鉴定不同材料
14、拉曼光谱应用-鉴定不同材料在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱在纤维材料中通常使用的材料的拉曼光谱1000080006000400020000500100015002000250030003500Nylon6 尼龙Kevlar 合成纤维Pstyrene 聚苯乙烯PETPaper 纸纤维 Ppropylene丙烯 PE/EVA 聚乙烯Only one point of the sample is illuminated by the laser and the corresponding spectrum is recorded - takes full advantage of confoca
15、l filtering DetectorSpectral imagePoint by point illumination : Sample rastering in x and y拉曼光谱成像方法Sample on XY motorised stageGratingImaging Imaging AccessoriesAccessoriesVideo Image of Polymer matrix - Blue box indicates mapped areaRaman Mapping uses the confocal Raman microscope to analyze discre
16、te points across a sample surface.高分子聚合物高分子聚合物200015001000500500100015002000Wavenumber (cm-1)8000600040002000500100015002000Wavenumber (cm-1)Single spectrum Component 1Single spectrum Component 2The Raman map consists of the superimposed spectra of the both components.The cursors than can be used to generate Raman mapped imagesBecause of confo
