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1、RamanRaman光谱光谱( (拉曼光谱拉曼光谱) )第第四章四章4-1-4-1-左健左健- -理化中心理化中心Raman spectroscopy: high characteristic good spatial resolution (micro Raman) minimal sample preparation all solvents can be usedbut: biological samples often show high fluorescence biological molecules appear often at low concentration levelW
2、hy SERS spectroscopy?SERS quenches fluorescenceRamansilver colloidsM. x piperita514.5 nm200015001000500Wavenumber / cm-1Raman Intensity SERS improves the detection limit: Adenine10-8 M10-7 M10-6 M10-5 M10-3 M10-2 M10-1 M15001000500Raman IntensityRamanWavenumber / cm-115001000500Wavenumber / cm-1 Ram
3、an IntensitySERS How does SERS work? The SERS EM enhancementEOmetal colloidexcitationdetectionSERSmoleculeSERS EM enhancement shape effectSERS: Excitation of plasmon resonances in Ag (Au or Cu) nanoparticlesRaman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructuresWavelength nmSCS nmJ. Kottman
4、n et al., IFH Field Theory Group,ETH ZrichAg, Au or Cu Wavelength/nmScattering Cross sectionFieldenhancementSERS: Raman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructuresJ. Kottmann et al., IFH Field Theory Group,ETH ZrichWavelength nmSCS nm*10SERS EM enhancement shape SERS EM enhancement sh
5、ape effecteffectWavelength/nmFieldenhancementScattering Cross sectionSERS: Raman spectroscopy utilizes optical properties of nanostructures20 nmJ. Kottmann et al., IFH Field Theory Group,ETH ZrichAg, Au or Cu SERS EM enhancement aggregation SERS EM enhancement aggregation effecteffectFieldenhancemen
6、t4002001005020105210.50.2Scattering Cross sectionWavelength/nmTypical Typical SERS SERS media media 不同形状金纳米粒子的表面增强拉曼光谱 自组装好的不同形状的金纳米粒子的硅片浸没在20mM NaSCn 的溶液里,取出后测量其SERS信号以以SCN - 作为探针分子作为探针分子,绿光绿光(51415nm) 作为作为激发光波长得到的激发光波长得到的SERS谱图谱图各种过渡金属表面上吸附的吡啶在最强峰电各种过渡金属表面上吸附的吡啶在最强峰电位下的表面增强拉曼谱图位下的表面增强拉曼谱图Near-Fiel
7、d MicroscopyRayleigh LimitNear-field resolution从拉曼光谱获取的信息从拉曼光谱获取的信息characteristic Raman peakComposition and structure of materialchanges in frequency of Raman peakstress/strain state Crystal sizepolarization of Raman peakcrystal (molecule) symmetry and orientationwidth of Raman peakquality of crysta
8、l(crystal size)十四拉曼光谱的主要应用不同的物质，其拉曼谱是不同的，就象人的指纹一样，因此拉曼光谱可用于物相的分析与表征。 拉曼光谱在催化中的应用拉曼光谱在催化中的应用 拉曼光谱能提供催化剂本身以及表面上物种拉曼光谱能提供催化剂本身以及表面上物种的结构信息，这是认识催化剂和催化反应最为的结构信息，这是认识催化剂和催化反应最为重要的信息。重要的信息。 拉曼光谱较容易实现原位条件下拉曼光谱较容易实现原位条件下 ( (高温、高压，高温、高压，复杂体系复杂体系) ) 的催化研究。的催化研究。 拉曼光谱可以用于催化剂制备的研究，特别是拉曼光谱可以用于催化剂制备的研究，特别是可以对催化剂制备
9、过程从水相到固相的实时研究。可以对催化剂制备过程从水相到固相的实时研究。 拉曼光谱可以实现时间分辨动力学和动态拉曼光谱可以实现时间分辨动力学和动态学的研究。学的研究。提出的提出的 ZrOZrO2 2 相变机理相变机理UV LaserX-rayUV Raman ScatteringXRDVisible LaserVisible Raman ScatteringAmorphous Zr(OH)4Tetragonal ZrO2Monoclinic ZrO2紫外拉曼光谱与紫外拉曼光谱与XRD，可见拉曼光，可见拉曼光谱结果的不同表明氧化锆四方相到谱结果的不同表明氧化锆四方相到单斜相的相变首先是从表面开始，单斜相的相变首先是从表面开始，接着逐步发展到体相。接着逐步发展到体相。拉曼光谱的一些特点1不同物质其拉曼光谱是不同的，就象人的指纹一样，可用于光谱表征。2 拉曼位移（即入射光与散射光的波数差）与入射光的波长无关，与振动或转动能级相对应，拉曼位移的数值从几个波数4000波数。3斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布与瑞利线的两侧，通常是测斯托克斯线4 拉曼散射与分子所处的状态无关结束结束
