拉曼散射的基本原理

1、 讲课内容讲课内容 1928 年，印度科学家C.V Raman 首先在CCl4光谱 中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波长 会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜色 发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的信 息，因此这种效应命名为Raman效应（Raman散射）。 Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science 时间和发现人时间和发现人? ? 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 散射光分类：散射光分类： 尘埃小颗粒的丁泽尔散射 晶体的Brill

2、ouin散射 等离子体对光的散射 自由电子对光的散射（康普顿-吴有训效应） 分子的瑞丽（Rayleigh）和拉曼散射 光的散射现象光的散射现象 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 散射光：散射光： 一束单色光进入透明介质（气、液、固）在透射和反射方向以外所出现的光。 瑞丽与拉曼散射瑞丽与拉曼散射 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 瑞丽与拉曼散射瑞丽与拉曼散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + h 0， E1 + h 0激发虚态； h E0 E1 V=1 V=0 h 0 h 0 h 0 h 0 + E1 + h 0 E0 + h 0 h( 0 - ) 激发虚

3、态 Rayleigh散射散射 Raman散射散射 anti-Stokes 1. 1. Raman散射散射 Raman散射的两种跃迁 能量差： E=hE=h( ( 0 0 - - ) ) 产生产生斯托克斯斯托克斯线；线； 常温基态分子多；强常温基态分子多；强 ； E=h E=h( ( 0 0 + + ) ) 产生反产生反斯托克斯斯托克斯线；线； 弱弱 RamanRaman位移：位移： Raman散射光与入射光 频率差； 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 斯托克斯散射和反斯托克斯散射斯托克斯散射和反斯托克斯散射 h( 0 + ) E0 E1 V=1 V=0 E1 + h 0 E0 + h 0 h

4、h 0 h( 0 - ) Stokes anti-Stokes 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 相同点相同点：都是分子振动产生的，同属于分子光谱。：都是分子振动产生的，同属于分子光谱。 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 不同点：不同点： 1、机理：、机理：红外光谱：分子对红外光的特征吸收红外光谱：分子对红外光的特征吸收 红外活性振动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伴有偶极矩变化的振动可以产生红外吸收谱带. . 分子非对称振动和极性基团振动分子非对称振动和极性基团振动 产生永久偶极矩产生永久偶极矩红外活性红

5、外活性 拉曼光谱：分子对光的散射拉曼光谱：分子对光的散射 拉曼活性振动拉曼活性振动伴随有极化率变化的振动。伴随有极化率变化的振动。 分子对称性振动和分子对称性振动和非极性基团振动非极性基团振动极化率改变极化率改变 拉曼活性拉曼活性 判断分子拉曼或红外活性的规则：判断分子拉曼或红外活性的规则： 1 1、相互排斥规则：、相互排斥规则： 凡具有对称中心的分子，若其分子振动对拉曼是活性的，则 其对红外就是非活性的，反之亦然。 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 2 2、相互允许规则：、相互允许规则： 凡是没有对称中心的分子， 其红外和拉曼都是活性的。 3 3、相互禁阻规

6、则：、相互禁阻规则： 对于少数分子振动，其红外和拉曼都是非活性的。 2 2、谱图、谱图 ：红外光谱：基团；拉曼光谱：分子骨架测定；红外光谱：基团；拉曼光谱：分子骨架测定； 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 C-H 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 大多数有机化合物具有不完全的对称性，因此它的振动方式对于红外和拉曼都是大多数有机化合物具有不完全的对称性，因此它的振动方式对于红外和拉曼都是 活性活性 C-H C-C C=C 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 与红外光谱的比较与红外光谱的比较 拉曼光谱拉曼光谱红外光谱红外光谱 光谱范

7、围：光谱范围：40-4000cm-1 光谱范围：光谱范围：400-4000cm-1 光源：汞灯或激光；光源：汞灯或激光； 样品池：玻璃、石英；样品池：玻璃、石英； 光源：光源：Nernst灯或硅碳棒；灯或硅碳棒； 样品池：可透过红外的样品池：可透过红外的NaCl、KBr、CsI、 KRS-5(TlI 58%, TlBr 42%)等材料制成等材料制成 窗片窗片 测定粉末、单晶、聚合物及水溶液；测定粉末、单晶、聚合物及水溶液； 可以用水做溶剂可以用水做溶剂； 水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难； 不可以用水做溶剂不可以用水做溶剂； 样品可盛于玻璃瓶、毛细管等容器中直接测样品可盛于玻璃瓶、毛细管等容器中直接测 定；定； 不能用玻璃容器测定；不能用玻璃容器测定； 固体样品可直接测定；固体样品可直接测定；需要研磨制成需要研磨制成KBr压片；压片； 拉曼散射基本原理拉曼散射基本原理 去偏振度的测定去偏振度的测定 去偏振度：去偏振度： （P P：偏振入射光作用于物质分子，所产生的：偏振入射光作用于物质分子，所产生的 拉曼散射光与原入射光去偏振的程度）拉曼散射光与原入射光去偏振的程度） 在入射光是