喇曼光谱与光谱技术.ppt

喇曼光谱与光谱技术喇曼效应他们在用汞灯的单色光来照射某些液体时，在液体的散射光中观测到了频率低于入射光频率的新谱线。在喇曼等人宣布了他们的发现的几个月后，苏联物理学家兰德斯别尔格等也独立地报道了晶体中的这种效应的存在。TheNobelPrizeinPhysics1930喇曼频率及强度、偏振等标志着散射物质的性质。从这些资料可以导出物质结构及物质组成成分的知识。这就是喇曼光谱具有广泛应用的原因。喇曼效应起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从喇曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。喇曼散射强度是十分微弱的，大约为瑞利散射的千分之一。在激光器出现之前，为了得到一幅完善的光谱，往往很费时间。激光器的出现使喇曼光谱学技术发生了很大的变革。这是由于激光器输出的激光具有很好的单色性、方向性，且强度很大，因而它们成为获得喇曼光谱的近乎理想的光源。于是喇曼光谱学的研究又变得非常活跃了，其研究范围也有了很大的扩展。除扩大了所研究的物质的品种以外，在研究燃烧过程、探测环境污染、分析各种材料等方面喇曼光谱技术也已成为很有用的工具。以下是其一些典型应用:Materialchecks:anorganicandorganiccontaminations,stress
Corrosionsproducts:identificationofdifferentoxides
Carbon
diamond-CVDandnatural
amorphouscarbon
carbonfibres
Adsorbatesoncatalystsandelectrodesurfaces
Forensic
detection&identificationofdrugs,explosives,fabricsetc.
MineralogyandGemmology
characterisation
inclusions
purity
Art
identificationofmaterialsandpaintings,(restauration!)
1.喇曼光谱基本原理

喇曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不能用实际的上能级来解释，玻恩和黄昆用虚的上能级概念说明了喇曼效应。下图是说明喇曼效应的一个简化的能级图。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为喇曼线。在喇曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。瑞利线与喇曼线的波数差称为喇曼位移，因此喇曼位移是分子振动能级的直接量度。下图给出的是一个喇曼光谱的示意图。请注意：1).在示意图中斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布于瑞利线的两侧，这是由于在上述两种情况下分别相应于得到或失去了一个振动量子的能量。2).反斯托克斯线的强度远小于斯托克斯线的强度，这是由于Boltzmann分布，处于振动基态上的粒子数远大于处于振动激发态上的粒子数。12132.喇曼光谱与红外光谱3.喇曼光谱的实验装置163.1激光光源3.2外光路系统及样品装置透镜L1聚焦激光束，使其最集中的区域照射到试样上，试样上的辐照度大约可增大一千倍。如功率密度太高会损坏样品时，则不用透镜。透镜L2把样品上被激光束照明的焦柱部分准确地成象在单色仪的入射狭缝上，以最佳的立体角聚集散射光，并使之与单色仪的集光立体角相匹配。试样室内的凹面镜M1和M2是用以提高散射强度的，M1把透过试样的激光束反射回来多次通过试样，以增强激光对试样的激发效率。对于透明试样照射光的强度增大五倍以上。M2则把反方向的散射光收集起来反射回去，可将进入单色仪的散射光的立体角增加一倍。3.3分光系统3.4探测、放大和记录系统4.喇曼光谱实验中应注意的几个问题4.1狭缝4.2孔径角的匹配4.3激发功率4.4激发波长天津市港东科技发展有限公司激光喇曼/荧光光谱仪
（LRS-III配有进口的陷波滤波片）1）光栅：1200L/mm2）相对孔径：D/F=1/5.53）狭缝：A.宽度：0-2mm连续可调B.最大高度：20mmC.示值精度：0.01mm4）接收单元：单光子计数器5）光源：YVO4:Nd激光器，输出波长532nm，输出功率≥40mw6）波长范围：300-650nm7）波长精度：≤±0.4nm8）波长重复性：≤±0.2nm9）杂散光：≤10-310）线色散倒数：2.7nm/mm11）谱线半宽度：波长在589nm处，狭缝高3mm，宽0.2mm，谱
线半宽度≤0.2nm5.光谱测量技术简介单色仪的光学系统323334探测器：光电倍增管（可见光）363738InGaAs（近红外）滤色片的选用滤色片的分类：
长波通、短波通、带通
干涉滤色片
陷波滤色