首頁 | 關于我們 | 新聞中心 | 産品展示 | 應用方案 | 售後服務 | 專利證書 | 人才招聘 | 客戶留言 | 聯系我們 | ENGLISH
24小時在線咨詢
點擊這裏給我發消息 宋先生
點擊這裏給我發消息 鄭先生
産品搜索
Admesy色度計
OceanOptics光纖光譜儀
QSpec科思凱系列
采樣附件
光源
光纖
美國perkinelmer産品
P-POptica光譜儀
台灣益博思電子防潮箱
* 熱烈祝賀廣州標旗光電科技發展股份有限公司在廣東股權交易中心成功挂牌
* 標旗光電9月份展會活動邀請函·深圳站之二
* 標旗光電9月份展會活動邀請函-深圳站之一
* 不忘初心,方得始終——黃埔區、廣州開發區領軍人才授牌暨領軍人才創業沙龍活動
* 十年磨一劍,砺得梅花香——熱烈祝賀我司總經理宋光均先生認定爲廣州開發區創業領軍人才
* 公司更名告知函
* 熱烈祝賀標旗參加19屆中國光博會取得圓滿成功!
* 祝賀標旗進入廣州市科技創新服務機構目錄
* 標旗受邀參加2017年國家注冊珠寶質檢師繼續教育培訓班輔助教學
* 祝賀我司珠寶發光成像分析儀和顯微透過率測量儀順利通過廣東省高新技術産品認定
 
 
 
 
拉曼光譜的應用
雙擊自動滾屏
發布時間:2013-01-28 15:47:03 閱讀:29102

拉曼光譜的應用

 

拉曼光譜原理簡介

拉曼效應

光照射到物質上發生彈性散射和非彈性散射。彈性散射的散射光是與激發光波長相同的成分,非彈性散射的散射光有比激發光波長長的和短的成分,統稱爲喇曼效應。

拉曼效應的原理

拉曼光譜是研究分子振動的一種光譜方法 ,它的原理和機制都與紅外光譜不同 ,但它提供的結構信息卻是類似的 ,都是關于分子內部各種簡正振動頻率及有關振動能級的情況 ,從而可以用來鑒定分子中存在的官能團。分子偶極矩變化是紅外光譜産生的原因 ,而拉曼光譜是分子極化率變化誘導的 ,它的譜線強度取決于相應的簡正振動過程中極化率的變化的大小。在分子結構分析中 ,拉曼光譜與紅外光譜是相互補充的。例如:電荷分布中心對稱的鍵 , C-CN=NS-S ,紅外吸收很弱 ,而拉曼散射卻很強 ,因此 ,一些在紅外光譜儀無法檢測的信息在拉曼光譜能很好地表現出來。喇曼效應起源于分子振動(和點陣振動)與轉動,因此從喇曼光譜中可以得到分子振動能級(點陣振動能級)與轉動能級結構的知識。用虛的上能級概念可以說明了喇曼效應:

 

設散射物分子原來處于基電子態,振動能級如圖所示。當受到入射光照射時,激發光與此分子的作用引起的極化可以看作爲虛的吸收,表述爲電子躍遷到虛態(Virtual state),虛能級上的電子立即躍遷到下能級而發光,即爲散射光。設仍回到初始的電子態,則有如圖所示的三種情況。因而散射光中既有與入射光頻率相同的譜線,也有與入射光頻率不同的譜線,前者稱爲瑞利線,後者稱爲喇曼線。在喇曼線中,又把頻率小于入射光頻率的譜線稱爲斯托克斯線,而把頻率大于入射光頻率的譜線稱爲反斯托克斯線。

附加頻率值與振動能級有關的稱作大拉曼位移,與同一振動能級內的轉動能級有關的稱作小拉曼位移:

大拉曼位移:v=v0+v',v= v0-v(v'爲振動能級帶頻率)

小拉曼位移:v~= v0~±(6+4J)B,J=0,1,2… (其中B爲轉動常數)

簡單推導小拉曼位移:利用轉動常數 B=h/4 πIc

轉動能級Ej=J(J+1)h2/2I=J(J+1)hcB

能級的選擇定則爲:△J=±2

所以有E-E0=±(6+4J)hcBv~=v0~±(6+4J)B,J=0,1,2…

 

譜線特征

拉曼散射光譜具有以下明顯的特征:

a.拉曼散射譜線的波數雖然隨入射光的波數而不同,但對同一樣品,同一拉曼譜線的位移△v~與入射光的波長無關,只和樣品的振動轉動能級有關;

b. 在以波數爲變量的拉曼光譜圖上,斯托克斯線和反斯托克斯線對稱地分布在瑞利散射線兩側, 這是由于在上述兩種情況下分別相應于得到或失去了一個振動量子的能量。

c. 一般情況下,斯托克斯線比反斯托克斯線的強度大。這是由于Boltzmann分布,處于振動基態上的粒子數遠大于處于振動激發態上的粒子數。

簡單解釋:按照波爾茲曼分布律,處于激發態 Ei的分子數Ni與處于正常態E0分子數N0之比是:Ni/N0=(gi/go) ×exp(-Ei-E0)/kT其中g爲該狀態下的簡並度,對于振動態gi=g0=1,而Ei-E0>>kT所以,Ni<<N0

可以解釋:溫度升高,反斯托克斯線的強度迅速增大,斯托克斯線強度變化不大轉動能級中,Ej=J(J+1)h2/2I所以,Ei-E0=h2/I<<kT 由于較低和較高的轉動態都有顯著的布居,所以小拉曼位移兩組譜線(反斯托克斯線,斯托克斯線)強度差不多。

    實驗中光譜的分析

實驗做出的譜圖(見附圖,以波長爲單位)

標准的譜圖(如下,以波數爲單位)

   

通過CCl4的結構分析解釋光譜:

分子爲四面體結構,一個碳原子在中心,四個氯原子在四面體的四個頂點。當四面體繞其自身的一軸旋轉一定角度,或記性反演(r-r)、或旋轉加反演之後,分子的幾何構形不變的操作稱爲對稱操作,其旋轉軸成爲對稱軸。CCI413個對稱軸,有案可查4個對稱操作。我們知道,N個原子構成的分子有礙(3N6)個內部振動自由度。因此CCl4分子可以有9(3×56)自由度,或稱爲9個獨立的簡正振動。根據分子的對稱性,這9種簡正振動可歸納成下列四類:

第一類,只有一種振動方式,4個氯原子沿與C原子的聯線方向作伸縮振動,記作v1,表示非簡並振動。

第二類,有兩種振動方式,相鄰兩對CI原子在與C原子聯線方向上,或在該聯線垂直方向上同時作反向運動,記作v2,表示二重簡並振動。

第三類,有三種振動方式,4CIC原子作反向運動,記作v3,表示三重簡並振動。

第四類,有三種振動方式,相鄰的一對CI原子作伸張運動,另一對作壓縮運動,記作v4,表示另一種三重簡並振動。

上面所說的“簡並”,是指在同一類振動中,雖然包含不同的振動方式但具有相同的能量,它們在拉曼光譜中對應同一條譜線。因此,CCl4分子振動拉曼光譜應有4個基本譜線,根據實驗中測得各譜線的相對強度依次爲v1>v2>v3>v4。苯的譜線也見附圖,分析類似,這裏不再贅述。

拉   

拉曼光譜的應用

 

通過對拉曼光譜的分析可以知道物質的振動轉動能級情況,從而可以鑒別物質,分析物質的性質.下面舉幾個例子:

天然雞血石和仿造雞血石的拉曼光譜有本質的區別,前者主要是地開石和辰砂的拉曼光譜,後者主要是有機物的拉曼光譜,利用拉曼光譜可以區別二者。

天然雞血石的拉曼光譜:

 

仿造雞血石的拉曼光譜:

上兩個圖中,a是地(黑色),b是血(紅色)

查閱資料,對不同物質的拉曼光譜進行比對,可以知道,天然雞血石“地”的主要成分爲地開石,天然雞血石樣品“血”既有辰砂又有地開石,實際上是辰砂與地開石的集合體。仿造雞血石“地”的主要成分是聚苯乙烯-丙烯腈,“血”與一種名爲PermanentBordo的紅色有機染料的拉曼光譜基本吻合。

鑒別毒品:使用拉曼光譜法對毒品和某些白色粉末進行了分析,譜圖如下

               

海因的拉曼譜圖

奶粉、洗衣粉的拉曼譜圖

 

常見毒品均有相當豐富的拉曼特征位移峰,且每個峰的信噪比較高,表明用拉曼光譜法對毒品進行成分分析方法可行,得到的譜圖質量較高。由于激光拉曼光譜具有微區分析功能,即使毒品和其它白色粉末狀物質混和在一起,也可以通過顯微分析技術對其進行識別,得到毒品和其它白色粉末分別的拉曼光譜圖。

利用拉滿光譜可以監測物質的制備:擔載型硫化钼、硫化鎢催化劑是由相應的擔載型金屬氧化物在H2H2S氣氛下程序升溫制得的,在工業上主要用作加氫精制催化劑。在這樣的工業條件下,二維表面金屬氧化物轉變爲二維或三維金屬硫化物。與負載金屬氧化物相比,負載金屬硫化物的拉曼光譜研究相對較少,這是由于黑色的硫化物相對可見光的吸收較強,導致信號較弱。然而拉曼光譜能較易檢測到小的金屬硫化物微晶。下圖給出了非負載的晶相MoS2的拉曼光譜

                

                          圖9 非負載MoS2的拉曼光譜

                              a)暴露與空氣中b)氩氣氛中

 

 

380450cm-1處出現兩個歸屬爲晶相M0S2E2g1A1g的譜峰,而擔載型晶相硫化钼的譜峰比晶相硫化钼的譜峰寬得多。钴助劑的加入導致硫化钼的譜峰發生位移,強度減弱,這是由于C0-MN-S相以及黑色的C0 S相的形成造成。

拉曼光譜可以監測水果表面殘留的農藥

在處理好的水果表面撕取一小片果皮,在水果表面分別滴上一滴不同的農藥,農藥就會浸潤到果皮上。用吸水紙擦拭果皮上的農藥液體,然後把殘留有農藥的果皮壓入鋁片的小槽中,保證使殘留農藥的果皮表面呈現在鋁片小槽的外面,然後把壓出來的汁液用吸水紙擦拭幹淨。光譜如下:

    植保博士溶液(農藥)

 

 

拉曼光譜分析技術是以拉曼效應爲基礎建立起來的分子結構表征技術,其信號來源與分子的振動和轉動。拉曼光譜的分析方向有:

定性分析:不同的物質具有不同的特征光譜,因此可以通過光譜進行定性分析。

結構分析:對光譜譜帶的分析,又是進行物質結構分析的基礎。

定量分析:根據物質對光譜的吸光度的特點,可以對物質的量有很好的分析能力。

 

 

 
相關新聞:
拉曼光譜儀檢測分析常見FAQ(一)
拉曼光譜儀工作原理
拉曼光譜儀的應用方向及其優缺點
拉曼光譜及其在非法添加物三聚氰胺、蘇丹紅、孔雀石綠快速篩檢中的應用
拉曼光譜儀在食品安全檢測中的應用
版權所有 2007 廣州標旗光電科技發展股份有限公司 www.aztshirt.com
地址:廣州市蘿崗區廣州科學城彩頻路7號C座701
電話:(020)38319602 38319620 傳真:(020)38319595 ICP備案:粵ICP備16049535號