10.5 激光拉曼光谱分析法

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概述

第十章 红外光谱和激光 拉曼光谱分析法Laser Raman spectroscopy

10.5.1 激光拉曼光谱 原理 10.5.2 激光拉曼光谱 仪 10.5.3 激光拉曼光谱 分析法的应用

第五节 激光拉曼 光谱分析法laser Raman spectroscopy analysis

2012-2-21

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概述激发虚态

h(ν0 - ν ν ν)

Rayleigh散射： E1 + hν0 ν 弹性碰撞； E0 + hν0 ν 无能量交换，仅 hν0 ν 改变方向； hν0 hν ν hν0 + ν ν ν0 Raman散射： V=1 非弹性碰撞； E1 V=0 方 向 改 变 且 有 能 E0 h ν 量交换； Rayleigh散射 Raman散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + hν0 , E1 + hν0 激发虚态。 (1928年印度物理学家Raman 发现；1930年获诺贝尔奖； 1960年快速发展)。2012-2-21

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10.5.1 拉曼光谱原理 散射与Raman位移 一、 Raman散射与 散射与 位移1. Raman散射 散射Raman散射的两种跃迁能 量差： E=h(ν0 - ν) 产生stokes线；强；基态分 子多。 E=h(ν0 + ν) 产生反stokes线；弱。 Raman位移： Raman 散 射 光 与 入 射 光 频 率差 ν。2012-2-21

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2. Raman位移 位移(1) 对不同物质： ν不同。 (2) 对同一物质： ν与入射光频率无关；表征分子振 -转能级的特征物理量；定性与结构分析的依据；分子振 -转光谱；与红外光谱互补。 (3) Raman散射的产生：光电场E中，分子产生诱导偶 极距ρ ρ = αE α 分子极化率；分子电子云分布改变的难易程度。2012-2-21

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3.红外活性和拉曼活性振动①红外活性振动ⅰ.永久偶极矩；极性基团。 ⅱ.瞬间偶极矩；非对称分子。

e

Er e

红外活性振动—伴有偶极矩变化的振动可以产生红外 吸收谱带。

②拉曼活性振动诱导偶极矩 ρ = αE 非极性基团，对称分子。 拉曼活性振动—伴随有极化率变化的振动。 对称分子： 对称振动→拉曼活性。不对称振动→红外活性2012-2-21

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二、 Raman光谱 光谱STOKES

CCl4的Ramam光谱图 光谱图RAYLEIGH ANTI-STOKES

22479

22624 22720

ν0

2293 38

23156 23252

22148 22176

23397

800

600

400

200

0

-200 -400

-600 -800

ν cm-12012-2-21

23700 23728

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STOKES

RAYLEIGH

ANTI-STOKES

22479

1. Raman光谱特点 光谱特点(1) 拉曼光谱纪录的是 拉曼光谱纪录的是stoke 线。22148 22176 800 600

22624 22720

ν0

22938

23156 23252

23397

400

200

0 -200 -400 ν cm-1

-600 -800

(2) 测量相对单色激发光频率的位移。 测量相对单色激发光频率的位移。把入射光频率位置作为零，频率位移(拉曼位移)的数 值正好对应于分子振动或转动能级跃迁的频率。

(3) 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 激发光是可见光，在可见光区测分子振动光谱。 (4) 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。 拉曼光谱中的基团振动频率和红外光谱相同。酮羰基的伸缩振动在红外光谱中

位于1710cm-1附近； 而拉曼光谱中总在1710土3cm-1。2012-2-21

23700 23728

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2. 红外与拉曼谱图对比红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定。

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红外与拉曼谱图对比

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拉曼光谱选律 三、 拉曼光谱选律ν1 S ν2 ν3 ν4

C S

拉曼活性 红外活性

S C S S C S

红外活性 拉曼光谱—源于极化率变化 拉曼光谱 源于极化率变化

红外光谱—源于偶极矩变化 红外光谱 源于偶极矩变化

对称中心分子CO2,CS2等，选律不相容。 无对称中心分子(例如SO2等),三种振动既是红外 活性振动，又是拉曼活性振动。2012-2-21

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10.5.2 激光拉曼光谱仪(结构流程) 激光拉曼光谱仪(结构流程)一、结构流程

激光光源；样品池 单色器 检测器。 激光光源 样品池；单色器；检测器。 样品池 单色器；2012-2-21

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二、主要部件激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm 。 激光光源 Ar激光器， 波长514.5nm,488.0nm; 散射强度∝1/λ4 。 单色器： 单色器 光栅，多单色器。 检测器： 检测器 光电倍增管， 光子计数器。2012-2-21

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三、傅立叶变换-拉曼光谱仪 傅立叶变换 拉曼光谱仪光源：Nd-YAG钇铝石榴石激光器(1.064µm)。 检测器：高灵敏度的铟镓砷探头。

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傅立叶变换傅立叶变换-拉曼光谱仪特点特点： 特点： (1)避免了荧光干扰； )避免了荧光干扰； (2)精度高； )精度高； (3)消除了瑞利谱线； )消除了瑞利谱线； (4)测量速度快。 )测量速度快。

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10.5.3 激光拉曼光谱分析法的应用一、拉曼光谱与红外光谱分析方法比较拉曼光谱 光谱范围40-4000Cm-1 光谱范围 红外光谱 光谱范围400-4000Cm-1 光谱范围

水可作为溶剂

水不能作为溶剂

样品可盛于玻璃瓶， 样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定

不能用玻璃容器测定

固体样品可直接测定

需要研磨制成 KBR 压片

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拉曼光谱与红外光谱分析方法比较(1) 一般说来极性基因的振动和分子非对称振动使分

子的偶极矩变化，所以是红外活性的。 (2) 非极性基因的振动和分子的全对称振动使分子极 化率变化，所以是拉曼活性的。 (3)拉曼光谱最适用于研究同种原 …… 此处隐藏：1195字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……