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拉曼光谱原理和应用介绍 安泰科技股份有限公司研发中心 侯立婷 2012-04-12 内容简介 拉曼光谱的原理 拉曼光谱仪器介绍 拉曼光谱应用介绍 拉曼光谱的原理 什么是拉曼效应 拉曼光谱的原理 拉曼光谱的原理 拉曼光谱仪的应用领域1：半导体材料; 2：聚合物； 3：碳材料；4：地质学/矿物学/宝石鉴定； 5：生命科学; 6：医药；7：化学；8：环境；9：物理 10：考古；11：薄膜;12: 法庭科学:违禁药品检查；区分各种颜料，色素，油漆，纤维等；爆炸物的研究；墨迹研究；子弹残留物和地质碎片研究 我们能够从拉曼光谱中得到的信息 定性的信息: 拉曼光谱是物质结构的指纹光谱 定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布 谱带位置：化学组成，结构，构象，形态 频率位移：应力，分子环境 半高宽：结晶度 强度：浓度或物质的量 设备名称：显微共焦拉曼光谱仪 规格型号：LabRAM HR800 生产厂家：HORIBA JOBIN YVON S.A.S. 光源：325nm（30mW）/532nm（50mW）激光器 显微物镜：10倍，50倍，100倍，及40倍UV 光谱范围：200~1050nm 主要技术指标： 光谱重复性：≤±0.2cm-1 灵敏度：532nm Si的三阶峰的信噪比优于10%，并能观察到四阶峰； 光谱分辨率:可见全谱段≤0.65cm-1，紫外（325nm）全谱段≤1.6cm-1； 空间分辨率：横向好于1μm，纵向好于2μm 拉曼光谱仪设备基本信息 拉曼光谱仪硬件 拉曼光谱仪的几个重要概念 焦长和光谱仪分辨率 空间分辨率及共焦特性 激发波长的选择 选择反射还是透射 优点： 在共焦状态下保持高灵敏度 实现XY平面和深度的三维高空间分辨率 空间分辨率及共焦特性 空间分辨率及共焦特性 空间分辨率及共焦特性 实现XY平面和深度的三维高空间分辨率 空间分辨率及共焦特性 空间分辨率及共焦特性 空间分辨率及共焦特性 拉曼位移是一个相对值，对于同一振动模式，发射光子与入射光子的能量差恒定。拉曼光谱不随激发波长的变化而变化的 在同等条件(如激光功率、光栅、采集时间等）下，激发波长越短，拉曼信号越强！ IRaman α 1/λ4 激发波长的选择主要考虑： 1、UV or NIR激发可以避开荧光干扰 2、通过不同激发波长图谱的对比确定信息来源——拉曼或荧光 3、不同激发波长可研究样品不同深度信息 4、研究材料应力 激发波长的选择 1、选择合适的激发波长，可避开荧光干扰 选择激发波长 将波数转换为纳米后，不同激发波长所得Raman峰位置不同（红框内），而荧光峰在同一位置处（蓝框内） 2、不同激发波长对比可确定信息来源 在某些样品里，荧光峰可能是比较窄的 （因此不易判断哪些峰是拉曼峰） 选择激发波长 3、利用不同波长穿透深度不同，可以分析样品不同层的信息 选择激发波长 4、不同激发波长研究材料的应力 选择激发波长 选择激发波长 左上：药片不同成分的分布 左下：SiC不同晶型的分布 右上：Si器件表面应力的分布 Mapping分析举例 面扫描应用举例 拉曼可扩展功能 新技术及联用技术 SWIFT（快速扫描）：大大节省采谱时间。采集时间由样品的拉曼信号以及对成像分辨率的要求决定的 DuoScan：包括大光斑模式和逐点扫描模式等。在光斑范围内扫描，拉曼信号依然在光轴上。对于光敏样品，DuoScan大光斑模式可以降低样品上的功率密度，不破坏样品，同时可以得到更好的信噪比。 低波数及超低波数测量： 双探测器——延展探测范围 一些联用技术 TCSPC系统和拉曼光谱仪耦合 AFM和拉曼光谱仪联用 SEM和拉曼光谱仪联用 谢 谢！ 为什么金属无拉曼信号: 1. 拉曼光谱是分子光谱，而金属都是原子结构的，所以金属没有拉曼光谱。2. 拉曼产生的原理：金属中不存在分子的振动,当然就没有拉曼谱了.3. 很多原子构成的物质都有拉曼信号,比如硅的520波数线.拉曼测的是振动能级,声子能量,反映晶格振动的量子化能量的大小.金属表面电子和原子实构成的等离子体对光有强烈的吸收(金属的高反射性能也与此有关),使激光无法与内部原子作用,因此很难看到拉曼线. 4. 也可以用光的波矢k为虚数来解释，当k为虚数时，光不能在此物质中传播。当然和光的频率w有关，用其它波长的光激发可以激发拉曼信号,激发需要有电子的共有化运动，主要与物质的光学支声子相互作用。 与X射线的比较： 1. 晶体及非晶体，液体，均可以激发出拉曼信号 2. 除了反映晶体结晶信息外，拉曼谱还可以区别出晶格结构相近似的