1、2019/3/3,仪器分析,使用教材:朱明华编 主讲教师:涂逢樟,第十一章 激光拉曼光谱分析,2019/3/3,一、 拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy 二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy 三、 激光拉曼光谱仪 laser Raman spectroscopy,第十一章 激光拉曼光谱分析法,laser Raman spectroscopy,2019/3/3,一、激光拉曼光谱基本原理 principle of Raman spectroscopy,Rayleigh散射:弹性碰撞;无能量交换,仅改变
2、方向; Raman散射:非弹性碰撞;方向改变且有能量交换;,Rayleigh散射,Raman散射,E0基态, E1振动激发态; E0 + h0 , E1 + h0 激发虚态; 获得能量后,跃迁到激发虚态. (1928年印度物理学家Raman C V 发现;1960年快速发展),2019/3/3,基本原理,1. Raman散射 Raman散射的两种跃迁能量差:E=h(0 - ) 产生stokes线;强;基态分子多;E=h(0 + ) 产生反stokes线;弱; Raman位移: Raman散射光与入射光频率差;,2019/3/3,2. Raman位移,对不同物质: 不同;对同一物质: 与入射光频
3、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;Raman散射的产生:光电场E中,分子产生诱导偶极距 = E 分子极化率;,2019/3/3,3.红外活性和拉曼活性振动,红外活性振动永久偶极矩;极性基团;瞬间偶极矩;非对称分子;,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. 拉曼活性振动诱导偶极矩 = E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,2019/3/3,4. 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;,2019/3/3,红外与拉曼谱图对比,2019/3/3,对称中心分子CO2
4、,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。,5.选律,振动自由度:3N- 4 = 4,拉曼光谱源于极化率变化,红外光谱源于偶极矩变化,2019/3/3,6. 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较,2019/3/3,二、拉曼光谱的应用 applications of Raman spectroscopy,由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息:,2)红外光谱中,由C N,C=S,S-H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变,而在拉曼光谱中则是强谱带。,3)环状化合物的对称呼吸振动常常是最强的拉曼谱带。,1)同种分子的非极性键S-S,C=C,N
5、=N,CC产生强拉曼谱带, 随单键双键三键谱带强度增加。,2019/3/3,4)在拉曼光谱中,X=Y=Z,C=N=C,O=C=O-这类键的对称伸缩振动是强谱带,反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。,5)C-C伸缩振动在拉曼光谱中是强谱带。,6)醇和烷烃的拉曼光谱是相似的:I. C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差2单位。 III.与C-H和N-H谱带比较,O-H拉曼谱带较弱。,2019/3/3,2941,2927cm-1 ASCH2,2854cm-1 SCH2,1029cm-1 (C-C),803 cm-1环呼吸,1444,1267 c
6、m-1 CH2,2019/3/3,3060cm-1r-H),1600,1587cm-1 c=c)苯环,1000 cm-1环呼吸,787 cm-1环变形,1039, 1022cm-1单取代,2019/3/3,三、激光Raman光谱仪 laser Raman spectroscopy,激光光源:He-Ne激光器,波长632.8nm;,Ar激光器,波长514.5nm,488.0nm;散射强度1/4单色器:光栅,多单色器;检测器:光电倍增管,光子计数器;,2019/3/3,傅立叶变换-拉曼光谱仪,FT-Raman spectroscopy 光源:Nd-YAG钇铝石榴石激光器(1.064m); 检测器:高灵敏度的铟镓砷探头; 特点: (1)避免了荧光干扰; (2)精度高; (3)消除了瑞利谱线; (4)测量速度快。,2019/3/3,内容选择,激光拉曼光谱 laser Raman spectrometry,结束,