显微共焦激光拉曼光谱仪

显微共焦激光拉曼光谱仪
显微共焦激光拉曼光谱仪

显微共焦激光拉曼光谱仪

中国科学院广州化学研究所分析测试中心

事业部----卿工---131-1331-6131

仪器公司:英国RENISHAW

仪器型号:INVIA

技术指标:

测试范围:

1)80-9400cm-1(514.5nm激发光)

2)100-5800cm-1(632.8nm激发光)

3)100-3200cm-1(785nm激发光)

空间分辨率:横向1微米,纵向1微米

光谱分辨率:1-2 cm-1

光谱重复性:±0.2 cm-1

拉曼光谱简介:

当一束单色光(激光)照射在样品上,会被物质所散射,大部分散射光的频率与入射光的相同,但也有少量散射光出现频移,这种反映物质化学键或分子振动特征的非弹性散射现象是印度物理学家C.V.拉曼于1928年发现的,故被称为拉曼效应。样品对激光的散射光频率——拉曼光谱,可以在一台与拉曼光谱仪连接起来的、普通光学显微镜上获得。

拉曼光谱可反映材料的化学组成、状态、聚合情况以及应力、取向等信息,已广泛应用于薄膜、涂料、集成电路、矿物包裹体等的研究,以及颜料、毒品、爆炸物和生物组织等领域的鉴定工作中。

Manufacture: Renishaw

Model: Invia

Main Specifications:

Spectra Range

1)80-9400cm-1(514.5nm laser)

2)100-5800cm-1(632.8nm laser)

3)100-3200cm-1(785nm laser)

Spacial Resolution: lateral 1 micro, depth 1 micro

Spectral Resolution: 1-2 cm-1

Spectral Repeatability: ±0.2 cm-1

Introduction to Raman Spectroscopy:

When a sample is illuminated with a monochromatic light (a laser), the light is scattered by the material. Most of the scattered light have the same frequency or color as the incident light, but a very tiny amount experiences a frequency shift, which is characteristic of the chemical bonds or molecules present in the material. This inelastic scattering of light is called the Raman effect after C.V.Raman, who discovered in 1928. The scattered frequencies, i.e. Raman spectroscopy, is analyzed by a conventiona optical microscope coupled to a Raman spectrometer, It gives information on the material chemical composition, state, aggregation, and even factors like stress, orientation, etc. Raman spectroscopy has been applied to the study of thin films, coatings, microelectronic integrated circuits, mineral inclusions, pigments in art works, identification of narcotics and plastic explosives, biological tissues and others.

激光显微共焦拉曼光谱系统 附件一

激光显微共焦拉曼光谱系统附件一 一.货物需求: 显微共焦拉曼光谱仪系统一套。 二.详细技术参数: 系统的主要技术指标: 1) 250mm焦长,系统总通光效率大于30%。 2)波长范围:200nm—1050nm。 3)光谱扫描范围: 325nm 激发Raman(200-4000cm-1),532nm 激发15–8000 cm-1,632.8nm 激发100-6000 cm-1,785nm 激发15-3200cm-1,1064nm激发100-3200 cm-1。 4)光谱分辨率:可见全谱段等于或小于1cm-1, 紫外(325nm)段<3cm-1,红外(1064nm)段<3cm-1。 5)光谱重复性(测量多少次50次):≤±0.15cm-1。 6)空间分辨率:横向< 0.5微米,光轴方向< 2微米。 7)灵敏度:硅三阶峰信噪比好于 15: 1,并可见四阶峰;(指光谱仪无低波数附件时的灵敏度)。 8)低波数:小于或等于15cm-1(785nm激发),15cm-1(532nm激发); 9) CCD探测器:应使用紫外和近红外同时增强深耗散层型CCD探测器,优质芯片,半导体制冷到-70oC,为确保图像质量,避免边缘畸变,芯片尺寸应 < 13×8.5mm,像元尺寸22 m。 10)第二探测器组件(InGaAs探测器):0.9 um~1.65 um,包含软件包,液氮或半导体制冷。 11)光源及控制系统:632.8nm,≥17毫瓦;785nm, ≥275毫瓦;514.5nm,≥40毫瓦,325nm激光器30毫瓦。 12)可导入脉冲激光光源(405nm)进行瞬态测量,信号光可引入TCSPC,提供TCSPC探测器接口,(需考虑放滤光片位置)。 包含附件: 1.直接二维拉曼成像功能(532/785 nm激发)。 2.大面积快速扫描拉曼成像功能。 3.三维拉曼成像功能。 3.冷热台及控制器(-195 o C to +600 o C) 4.冷热台及控制器(室温 to +1500 o C) 5.催化反应拉曼原位池(室温 to +1000 o C) 6.TCSPC系统 7.自动xyz三维平台。 8.拉曼偏振测量附件。 系统的详细技术规格: 一、显微镜:研究级正置徕卡显微镜。 1、原配物镜:5×、20×、50×和100×物镜,15×和40×紫外物镜. 2、配置50x长焦物镜(WD8.1 mm)和100x长焦物镜(WD3.4mm) 3、彩色摄像头, 4、XY 手动样品台

纳米技术 激光共聚焦显微拉曼光谱仪性能测试(标准状态:现行)

I C S17.180.30 N35 中华人民共和国国家标准 G B/T33252 2016 纳米技术激光共聚焦显微拉曼光谱仪 性能测试 N a n o t e c h n o l o g y P e r f o r m a n c e t e s t i n g f o r l a s e r c o n f o c a lm i c r o s c o p e R a m a n s p e c t r o m e t e r s 2016-12-13发布2017-07-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

目 次 前言Ⅰ 1 范围1 2 术语和定义1 3 仪器结构1 4 要求2 5 测试方法3 6 测试报告3 附录A (资料性附录) 激光共聚焦显微拉曼光谱仪的构成5 附录B (资料性附录) 激光共聚焦显微拉曼光谱仪校准用标准样品 7 附录C (资料性附录) 测试报告参考格式9 参考文献11 G B /T 33252 2016

前言 本标准按照G B/T1.1 2009给出的规则起草三 本标准由中国科学院提出三 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会(S A C/T C279)归口三 本标准起草单位:中国计量科学研究院二中国科学院半导体研究所二厦门大学二广州计量测试研究院二堀场(中国)贸易有限公司三 本标准主要起草人:任玲玲二谭平恒二任斌二高思田二定翔二王海燕二濮玉梅三

纳米技术激光共聚焦显微拉曼光谱仪 性能测试 1范围 本标准规定了激光共聚焦显微拉曼光谱仪的术语和定义二仪器结构二技术要求二测试方法等三 本标准适用于以连续激光为激发光源,具有单级二二级或三级光谱仪的色散型共聚焦显微拉曼光谱仪(以下简称仪器)三 本标准不适用于傅立叶变换拉曼光谱仪等非色散型拉曼光谱仪和基于脉冲激光光源的拉曼光谱仪三 2术语和定义 下列术语和定义适用于本文件三 2.1 拉曼光谱R a m a n s p e c t r u m/s p e c t r a 当物质收到单色辐射能照射时,由于非弹性散射产生的已调制频率的光谱三 2.2 拉曼谱线(频带,峰)R a m a n l i n e(b a n d,p e a k) 构成拉曼光谱的谱线(带)三 2.3 拉曼频移R a m a n s h i f t 拉曼谱线(带)的波数相对于入射单色光束波数的位移三 注:单位为c m-1三 2.4 共聚焦c o n f o c a l 光路(激发和发射)在两个位置上聚焦三在共聚焦扫描仪中,激发光聚焦在样品点表面,而发射光聚焦在针孔上三 2.5 激光共聚焦显微拉曼光谱仪l a s e r c o n f o c a lm i c r o s c o p eR a m a n s p e c t r o m e t e r 以激光为激发光源,将拉曼光谱分析技术与显微分析技术结合起来的一种光谱仪三 3仪器结构 从激光器发出的激光经干涉滤光片到达样品表面激发样品,激发光经瑞利滤光片及共聚焦针孔二狭缝二光栅,最后到达探测器探测拉曼信号三仪器结构示意图见图1三详细内容参见附录A三

激光拉曼光谱的原理和应用及拉曼问答总结(整理完毕)

激光拉曼光谱的原理和应用 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会暗原来的发现透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究 推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应。 拉曼散射:当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时,大部分光子只是发生改变方向的散射,而光的频率并没有改变,大约有占总散射光的10-10-10-6的散射,不公改变了传播方向,也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。 对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1,光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此,与之相对应的光子频率也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 拉曼光谱仪的主要部件有: 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种:在有机化学上的应用,在高聚物上的应用,在生物方面上的应用,在表面和薄膜方面的应用。 有机化学 拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段,拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性,拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物 拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体(单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等)的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具,在高聚物的工业生产方面,如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测,以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。 生物 拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段,由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单,故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质

Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明

Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明 一、开机顺序 1、打开主机电源; 2、计算机电源 3、将使用的激光器电源 1)、514nm:打开激光器后面的总电源开关->打开激光器上的钥匙; 2)、785nm:直接打开激光器电源开关。 二、自检 1、用鼠标双击WiRE2.0 图标,进入仪器工作软件环境; 2、系统自检画面出现,选择Reference All Motors 并确定(OK)。系统将检验所有的电机。 3、从主菜单Measurement -> New -> New Acquisition 设置实验条件。静态取谱(Static),中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为in。 4、使用硅片,用50 倍物镜,1 秒曝光时间,100%激光功率取谱。使用曲线拟合(Curve fit)命令检查峰位。 三、实验 1、实验条件设置 1)、点击设置按钮(或者菜单中Measurement-->Setup Measurement),(设置)下列参数 2)、OK:采用当前设置条件,并关闭设置窗口;Apply:应用当前设置条件,不关闭窗口; 2、采谱:执行Measurement -> Run 命令。 四、关机 1、关闭计算机 1)、关闭WiRE2.0 软件; 2)、Start-->Shut Down-->Turn off computer。计算机将自动关闭电源。 2、关闭主机电源; 3、关闭激光器 1)、关闭钥匙; 2)、514 激光器散热风扇会继续运转,此时不要关闭主电源开关。等风扇自动停转后再关闭主电源开关; 五、注意事项 1、开机顺序:主机在前,计算机在后。 2、关机顺序:计算机在前,主机在后。514nm 激光器要充分冷却后才能关闭主电源。 3、自检:一定要等自检完成再做其他动作。不能取消(Cancel)。 4、硅片:514nm,自然解理线与横向成45 度时信号最强。780nm,(633nm,325nm)自然解理线与横向基本平行时信号最强。

拉曼光谱原理及应用简介

拉曼光谱原理及应用简介 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的发现透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究。 应用激光光源的拉曼光谱法。应用激光具有单色性好、方向性强、亮度高、相干性好等特性,与表面增强拉曼效应相结合,便产生了表面增强拉曼光谱。其灵敏度比常规拉曼光谱可提高104~107倍,加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制,使分析的信噪比大大提高。已应用于生物、药物及环境分析中痕量物质的检测。共振拉曼光谱是建立在共振拉曼效应基础上的另一种激光拉曼光谱法。共振拉曼效应产生于激发光频率与待测分子的某个电子吸收峰接近或重合时,这一分子的某个或几个特征拉曼谱带强度可达到正常拉曼谱带的104~106倍,有利于低浓度和微量样品的检测。已用于无机、有机、生物大分子、离子乃至活体组成的测定和研究。激光拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱相配合,已成为分子结构研究的主要手段。

1. 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应 拉曼散射:当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时,大部分光子只是发生改变方向的散射,而光的频率并没有改变,大约有占总散射光的10-10-10-6的散射,不光改变了传播方向,也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。对于拉曼散射来说,分子由基态E0被激发至振动激发态E1,光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此,与之相对应的光子频率也是具有特征性的,根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 2. 拉曼光谱仪的主要部件有: 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 3. 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种:在有机化学上的应用,在高聚物上的应用,在生物方面上的应用,在表面和薄膜方面的应用。 有机化学:拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段,拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是判断化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性,拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物:拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体(单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等)的研究中

Raman 拉曼光谱原理及应用

拉曼光谱学 ——原理及应用HORIBA Jobin Yvon北京办事处

报告内容 ?1-什么是拉曼光谱? –简单介绍 ?2-拉曼光谱仪工作原理介绍 ?3-拉曼光谱在材料研究中的应用介绍?4-HORIBA Jobin Yvon拉曼光谱仪简介

1928年,印度科学家C.V Raman in首先在CCL 4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。 时间 和发现人? Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science

λlaser λscatter >λlaser 瑞利散射λscatter = λlaser 拉曼散射 光散射的过程:激光入射到样品,产生散射光。 散射光弹性散射(频率不发生改变-瑞利散射) 非弹性散射(频率发生改变-拉曼散射)

2 0004 000 6 0008 00010 000I n t e n s i t y (c n t )400600Raman Shift (cm -1) 520不同材料的拉曼光 谱有各自的不同于其它材料的特征的光谱-特征谱 z 为表征和鉴别材料提 供了指纹谱 z 深入开展光谱学和材 料物性研究打下基础 1332 1580 20000 15000 10000 5000 100012001400160018002000 Wavenumber (cm-1)?组分信息?结构信息

激光共聚焦显微拉曼光谱系统

激光共聚焦显微拉曼光谱系统 主要技术要求: 一、激光器 1、配置532nm半导体高功率激光器,激光输出功率要求不小于50mW。 2、使用两片长寿命Edge瑞利滤光片和一片用于去除等离子线的干涉滤光片,仪器阻挡激光瑞利散射水平高。 检验标准:使用表面抛光的单晶硅做样品,同时观测激光线和硅拉曼峰(520波数),位于0波数的激光线强度小于硅-520波数强度,X50或X100倍物镜,狭缝大小为正常实验状态。 3、相应波长的激光等离子滤光片(干涉滤光片),在全扫描范围(100-4000波数)内,无等离子线。 检验条件:100%激光功率照在抛光的单晶硅表面,曝光时间60秒,累加次数3次,X50倍物镜,狭缝大小为正常实验状态。 4、为适应不同样品测量要求以及防止激光功率过高烧坏样品,要求激光输出功率可调。同时,激光光斑尺寸可调。 5、633nm或785nm激光器一套(含滤光片等)备选,激光器功率不小于17mW(785nm则不小于100mW)。单独报价。 二、光谱仪 1、采用无色差无像散,单级光谱仪设计,焦长大于等于200mm,越长越好。 2、拉曼光谱测量范围(至少):532nm 激光激发: 50-8000波数拉曼位移。 3、瑞利滤光片能自动切换,且定位精确,重复性高。 4、光谱实际测量分辨率:优于1波数。 检验标准:测量Ne灯585nm谱线,扫描范围从500-800nm,扫描模式:连续扫描或多窗口模式,采用1200或1800刻线/毫米光栅,狭缝在正常实验状态,谱线半高宽小于1波数。 5、光谱重复性:≤±0.2波数。 检验标准:使用表面抛光的单晶硅做样品,采用50×或或100X物镜,扫描范围100~4000波数,重复50次。观测硅拉曼峰(520波数),520峰中心位置重复性≤±0.2波数。 6、光栅至少包括1800刻线/毫米高分辨率光栅,最好有1200刻线/毫米或更多高分辨率光栅,并能软件控制自动转换。 7、高灵敏度:硅三阶峰(约在1440波数)的信噪比好于15:1,并能观察到四阶峰。 检测条件:使用单晶硅片,波长532 nm,激光输出功率10 mW,狭缝宽度(或针孔)<= 50微米,分辨率1波数,需使用1800线高分辨光栅,曝光时间100秒,累加次数3次,binning等于1,显微镜头为x50或x100倍。 8、软件控制自动调整狭缝大小,在10-1000um范围内连续可调。 9、高灵敏度CCD 探测器:优质CCD 芯片,可使用大芯片CCD探测器,半导体制冷-70℃控制。量子效率优于50%(峰值)。 三、共焦显微镜 1、专业的高端科研型显微镜,10X原装目镜,20X、50X、100X、长焦50X物镜,包括可同时安装5个镜头的镜头架。其中长焦50X的焦距都要求大于或接近10mm。 2、彩色摄像机。 3、显微镜厂家原装透射、反射照明。附送备用照明灯2个。 4、自动XYZ平台,最小步长不大于0.1 um,可进行分散的多点、线、面扫描和共焦深度的扫描。系统软件能帮助自动聚焦。系统无反向间隙,能保证位置原始点的良好重复性。 5、采用真共焦光路设计,空间分辨率方面,100X物镜下,xy分辨率<= 1 um ,z轴方向分辨率<= 2微米,共焦深度连续可调。 四、附件 1、快速扫描附件 要求能快速大面积取谱,且不牺牲空间分辨率,532nm激发,100X物镜下,空间分辨率横向好于1 mm,纵向好于2 mm。可用于532nm激发波长,以及将来可能升级到的633(638)nm和785nm激发波长。 2、控温台

显微共焦激光拉曼光谱仪

显微共焦激光拉曼光谱仪 中国科学院广州化学研究所分析测试中心 事业部----卿工---131-1331-6131 仪器公司:英国RENISHAW 仪器型号:INVIA 技术指标: 测试范围: 1)80-9400cm-1(514.5nm激发光) 2)100-5800cm-1(632.8nm激发光) 3)100-3200cm-1(785nm激发光) 空间分辨率:横向1微米,纵向1微米 光谱分辨率:1-2 cm-1 光谱重复性:±0.2 cm-1 拉曼光谱简介: 当一束单色光(激光)照射在样品上,会被物质所散射,大部分散射光的频率与入射光的相同,但也有少量散射光出现频移,这种反映物质化学键或分子振动特征的非弹性散射现象是印度物理学家C.V.拉曼于1928年发现的,故被称为拉曼效应。样品对激光的散射光频率——拉曼光谱,可以在一台与拉曼光谱仪连接起来的、普通光学显微镜上获得。 拉曼光谱可反映材料的化学组成、状态、聚合情况以及应力、取向等信息,已广泛应用于薄膜、涂料、集成电路、矿物包裹体等的研究,以及颜料、毒品、爆炸物和生物组织等领域的鉴定工作中。 Manufacture: Renishaw Model: Invia Main Specifications:

Spectra Range 1)80-9400cm-1(514.5nm laser) 2)100-5800cm-1(632.8nm laser) 3)100-3200cm-1(785nm laser) Spacial Resolution: lateral 1 micro, depth 1 micro Spectral Resolution: 1-2 cm-1 Spectral Repeatability: ±0.2 cm-1 Introduction to Raman Spectroscopy: When a sample is illuminated with a monochromatic light (a laser), the light is scattered by the material. Most of the scattered light have the same frequency or color as the incident light, but a very tiny amount experiences a frequency shift, which is characteristic of the chemical bonds or molecules present in the material. This inelastic scattering of light is called the Raman effect after C.V.Raman, who discovered in 1928. The scattered frequencies, i.e. Raman spectroscopy, is analyzed by a conventiona optical microscope coupled to a Raman spectrometer, It gives information on the material chemical composition, state, aggregation, and even factors like stress, orientation, etc. Raman spectroscopy has been applied to the study of thin films, coatings, microelectronic integrated circuits, mineral inclusions, pigments in art works, identification of narcotics and plastic explosives, biological tissues and others.

激光拉曼效应及应用实例

激光拉曼效应及应用实例 摘要:本文介绍了拉曼效应基本理论、发展历程和技术特点,拉曼光谱图所包含的信息、拉曼光谱定量检测分析流程。并以苹果、猕猴桃为研究对象,以其表面上的蚜实净和哒螨灵等农药作为检测对象,应用拉曼光谱检测技术进行检测研究。 关键词:拉曼光谱,苹果,猕猴桃,蚜实净,哒螨灵 水果果皮和农药都有各自的分子成分,因此,对应的拉曼光谱也具有各自的特征峰值。为了检测水果表面农药残留,首先对获取的无蚜实净和哒螨灵残留的果皮样品的拉曼光谱图进行特性研究,得出特征位移,然后再对有不同浓度农药残留的水果果皮进行拉曼光谱采集和特征分析。 1.拉曼效应 1.1拉曼效应基本原理 光照射到物质上会发生弹性散射和非弹性散射两种情况。弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分,光子与物质分子的碰撞不发生能量交换,非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分,光子与物质分子的碰撞过程中,将一部分能量给予分子或从分子处得到能量,统称为拉曼效应。 拉曼光谱是研究分子振动的一种光谱方法 ,与红外光谱具有不同的原理和机制 ,类似的结构信息 ,可以用来鉴定分子中存在的官能团,检测物质分子的振动和转动能级,这两种光谱俗称姊妹谱。红外光谱是单光子吸收过程,它取决于分子的偶极矩变化 ,而拉曼光谱则可以看成是一种吸收-发射的双光子过程,由分子极化率变化诱导的 ,它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。在分子结构分析中 ,拉曼光谱与红外光谱是相互补充、相互配合的。拉曼光谱能很好地表现一些在红外光谱仪中无法检测的信息。拉曼效应用虚的上能级概念表示为:

图1.1 拉曼效应 1.2拉曼光谱检测原理 拉曼(Raman)过程就是光被分子的非弹性散射过程,非弹性散射过程是两个碰撞体之间有能量传递 的一种散射,在Raman散射中,光可能通过使分子的一个或几个(转动的或振动的)简正方式激发而将能 量传给分子,也可以从分子已激发的简正方式获得能量。由于分子的内简正方式是量子化的,所以传递 的能量被限定为一定的份额,从而散射光中包含一些与入射频率偏离若干分立量的频率成分,检测和记 录这种散射光的频率组成就构成了该物质的拉曼光谱。 拉曼光谱基于一种光的散射现象,频率为v0 光进入介质时,除被介质吸收、反射和透射外,还有一 部分偏离主要的传播方向,这种现象称为光散射,散射光按频率分为三类: (1)频率仍为v0 (波数变化错误!未找到引用源。)称为瑞利(Rayleigh)散射. (2)频率改变较大(错误!未找到引用源。)称为拉曼散射,是1928年印度科学家发现的。 (3)频率改变很小(错误!未找到引用源。)称为布里渊(Brillouin)散射. 这三类散射光的强度差别很大,瑞利散射最强,一般为入射光强的错误!未找到引用源。数量级; 拉曼散射最弱,最强的拉曼线也只有瑞利散射强度的错误!未找到引用源。数量级,为入射光强的错误! 未找到引用源。数量级。 图1.2 瑞利散射和拉曼散射的能量转移图

拉曼光谱培训教材

内容概要
拉曼光谱原理
拉曼光谱仪各部件功能
激光器 滤光片 物镜及共焦针孔 光栅和焦长 探测器CCD 常用附件及选择
? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

拉曼光谱原理
? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

什么是拉曼效应?
1928 年,印度科学家C.V Raman in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。
Provided by Prof. D. Mukherjee, Director of Indian Association for the Cultivation of Science
? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

弹性散射与非弹性散射
弹性散射: 频率不发生改变,如瑞利散射 非弹性散射: 频率发生改变,如拉曼散射
拉曼散射
λscatter≠ λlaser
λlaser
瑞利散射
λscatter= λlaser
拉曼散射
λscatter≠ λlaser
? 2009 HORIBA, Ltd. All rights reserved.

斯托克斯散射
反斯托克斯散射 反斯托克斯散射 斯托克斯散射 瑞利散射
能级示意图
虚态
瑞利散射 电子激发态 +激光线
hv0 hv0 hv0
h(v0-v) hv0
能量差
hv
h(v0+v) 电子基态
-x
0
x
Raman shift (cm-1)
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第十五章 激光拉曼光谱分析

第15章激光共焦显微拉曼光谱分析 拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的,拉曼光谱因之而得名。光和介质分子相互作用时会引起介质分子作受迫振动从而产生散射光,其中大部分散射光的频率和入射光的频率相同,这种散射被称为瑞利散射,英国物理学家瑞利于1899年曾对其进行了详细的研究。在散射光中,还有一部分散射光的频率和入射光的频率不同。拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中,经过滤光的太阳光呈现蓝色,但是当光束再次进入溶液后,除了入射的蓝光之外,拉曼还观察到了很微弱的绿光,拉曼认为这是光与溶剂分子相互作用产生的一种新频率的光谱线。因为这一重大发现,拉曼于1930年荣获诺贝尔物理学奖。 拉曼光谱得到的是物质的分子振动和转动光谱,是物质的指纹性信息,因此拉曼可以作为认证物质和分析物质成分的一种有力工具。而且拉曼峰的频率对物质结构的微小变化非常敏感,所以也常通过对拉曼峰的微小变化的观察,来研究在某些特定条件下,例如改变温度、压力和掺杂特性等,所引起的物质结构的变化,从而间接推出材料不同部分微观上的环境因素的信息,如应力分布等。 拉曼光谱技术具有很多优点:光谱的信息量大,谱图易辨认,特征峰明显;对样品无接触,无损伤;样品无需制备;能够快速分析、鉴别各种材料的特性与结构;激光拉曼光谱仪的显微共焦功能可做微区微量以及分层材料的分析(1 μm左右光斑);能适合黑色和含水样品以及高低温和高压条件下测量;此外,拉曼光谱仪使用简单,稳固而且体积适中,维护成本也相对较低。 激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支,应用十分广泛。在化学方面应可应用于有机化学、无机化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究;在物理学方面可以应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等,此外在相干时间、固体能谱方面也有及其广泛的应用。 15.1基本原理 入射光与物质相互作用时除了发生反射、吸收、透射以及发射等光学现象外,还会发生物质对光的散射作用。相对于入射光的波数,散射光的波数变化会发生三类情况。第一类为瑞利散射,其频率变化小于3×105Hz,波数基本不变或者变化小于10-5 cm-1;第二类为布里渊散射,其频率变化小于3×109Hz,波数变化一般为(0.1~2) cm-1;第三类频率改变大于3×1010Hz,波数变化较大,这种散射被称为拉曼散射。从散射光的强度看,最强的为瑞利散射,一般为入射光的10-3,最弱的为拉曼散射,它的微分散射面积仅为10-30 cm2mol-1sr-1,其强度约为入射光的10-10左右。 经典的物理学理论认为,红外光谱的产生伴随着分子偶极矩的变化,而拉曼散射则伴随着分子极化率的改变,这种极化率的改变是通过分子内部的运动(例如转动、振动等)来实现的。

激光拉曼光谱分析

第十一章 激光拉曼光谱分析 (Laser Raman Spectroscopy ,LRS ) §11-1 拉曼光谱原理 一、拉曼光谱 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时,大部分的光会按原来的方向透射,而一小部分则按不同的角度散射开来,产生散射光。 在垂直方向观察时,除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外,还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线,这种现象称为拉曼效应。 由于拉曼谱线的数目,位移的大小,谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此,与红外吸收光谱类似,对拉曼光谱的研究,也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定,分子结构的研究谱线特征。 拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱,可以反映分子的特征结构。但是拉曼散射效应是个非常弱的过程,一般其光强仅约为入射光强的10-10 。 1、瑞利散射 当光子与物质的分子发生弹性碰撞时,没有能量交换,光子仅改变运动方向,这种散射称瑞利散射。入射光与散射光的频率相同,如图中2、3两种情况。 2、斯托克斯(Stokes)散射 当光子与物质的分子发生非弹性碰撞时,可以得到或失去能量,当受激分子 υ=0 图11-1 瑞利散射、斯托克斯和反斯托克斯散射示意图 υ=1

从基态跃迁到某一虚拟态,返回到某一激发态,入射光频率大于散射光频率,如图中第1种情况,最后这种散射称斯托克斯(Stokes)线。 3、反斯托克斯(Anti-Stokes)散射 当原处于激发态的分子跃迁到某一虚拟态,返回到基态,入射光频率小于散射光频率,如图中第4种情况。这种散射称反斯托克斯(Stokes)线。 由于常温下处于基态的分子占绝大多数,斯托克斯线比反斯托克斯线强得多。 4、拉曼位移 入射光频率与拉曼散射光频率之差称拉曼位移。它与物质的振动和转动能级有关,不同的物质有不同的拉曼位移。 对于同一种物质,若用不同频率的入射光照射,所产生的拉曼散射光的频率也不相同,但拉曼位移却是一个确定值。 因此,拉曼位移与入射光频率无关,仅与分子振动能级有关。—拉曼光谱物质分子结构分析和定性鉴定的依据。 5、拉曼光谱: 横坐标:拉曼位移; 纵坐标:强度 二、去偏振度 激光是偏振光。 起偏振器测得的垂直于入射光方向散射光强和平行于入射光方向散射光强的比值称去偏振度,用ρ表示。 ρ取值:0~3/4; ρ→0,对称性高,ρ→3/4,不对称结构 三、共振拉曼效应 当选取的入射激光波长非常接近或处于待测分子生色团吸收频率时,产生电子耦合,拉曼跃迁的几率大大增加,使得分子的某些振动模式的拉曼散射截面增强高达106 倍,这种现象称为共振拉曼效应(Resonance Raman ,RR) 。 利用共振拉曼光谱的某些拉曼谱带的选择性增强,可以得到生色团振动光谱信息。但是只有少数分子具有与处于可见光区的激发光相匹配的电子吸收能级。(只有与生色团有关的振动形式才具有共振拉曼光谱)

WItec共焦拉曼显微镜

WITEC 共焦拉曼显微镜 WITEC共焦拉曼显微镜。Witec是世界上最知名的扫描共焦拉曼显微镜(Confocal Raman Microscopy),与原子力显微镜,近场光学显微镜显微镜的完美结合,是国际探针扫描显微镜测试领域领航者。 共聚焦显微拉曼光谱仪Alpha300 R,可以非破坏性地获得化学信息,分辨率可达光学衍射极限(~200 nm)。这使用户可以无需特殊样品制备的情况下,在周围环境中,对同一样品的不同阶段进行观察和分析。共聚焦装置,不仅可以从样品表面收集信息,还可以观测到透明样品的内部,甚至获得三维信息。

一张完整的拉曼光谱是由每个像素构成的,因此由成千上万的谱图组成。Alpha300 R获得一张谱图的时间仅在毫秒量级,因而形成完整的图像仅需几分钟。当分析谱图中细致的特征峰时,仅用一组数据即可产生各种各样的图像。这可使用户不仅观测化合物的分布,也可对诸如结晶或材料的应力性质进行分析。进一步的应用,可典型应用在高分子科学,涂层和薄膜分析,在地球科学和制药业。

技术特色: 1,采集时间快:单个空间点的拉曼采谱时间降到ms级别。2,可实现原位原子力显微镜AFM与近场光学显微镜联用3,光学分辨率高:200nm(横向),500nm(垂直方向) 4,光谱分辨率高:0.02cm-1 系统参数:

1,激光器:355nm,442nm, 488nm,514nm,532nm,633nm,785nm 等可选,功率10-150mW(根据不同激光器) 2,光谱仪:300mm焦距,f/4;通光量70%;600g/mm和1800g/mm光栅 3,EMCCD: 1600x200背感光深度制冷电子倍增型光谱CCD 4,基于Zeiss显微镜的共焦拉曼显微镜,空间分辨率可达200nm (采用532nm 激光和油浸物镜) 5,PZT扫描台,扫描范围200x200x2um;扫描准确度4x4x0.5nm; 线性度好于0.02% 6,最大可装载样品直径150mm; 7,标准测试模式:拉曼光谱,光谱vs时间,拉曼光谱影像XY, YZ; 3D成像

仪器名称激光显微拉曼成像光谱仪

仪器名称:激光显微拉曼成像光谱仪 数量:1套,进口 用途:研究级激光显微拉曼成像光谱仪,具有快速拉曼成像、自动化光学控制系统、高灵敏度检测方式、多功能软件及拉曼数据库等分析功能,可以广泛应用于生物样品的拉曼光谱检测及拉曼成像分析,以及材料、物理、化学、生物、地质等领域的物质结构鉴定和分子相互作用分析。具体应用如下: 1. 表面增强拉曼散射(SERS):采用SERS技术可对核酸、蛋白等各种重要的生物分子及疾病标志物进行高灵敏度检测。 2. 拉曼成像分析:通过共聚焦激光扫描方式,能实现细胞或组织中特定目标靶分子的实时拉曼成像分析,能实现快速扫描;同时可用于药物与生物分子的相互作用研究。 3. 物质结构鉴定:可进行爆炸物、聚合物等多种物质的结构和组成分析。 4. 能升级与原子力显微镜、近场光学显微镜等联用(RAMAN/AFM等),无需对拉曼光谱仪主机进行改造。 技术指标(标注有* 的部分为重要技术条款,不能有负偏离): 一、主机系统(本项中关键性能指标需在标书中注明测试条件) 1. 光谱仪:光谱仪采用消色差消像差光路设计,系统信号光路通光效率>30%;或采用光纤耦合无反射镜设计。 2. *灵敏度:单晶硅三阶峰的信噪比优于20:1,可观察到四阶峰。 3. *光谱分辨率:≤2 cm-1 4. *光谱重复性:优于±0.2cm-1 5. 共聚焦技术: (1)软件控制机械式针孔式真共聚焦技术,或采用新型共焦显微技术,保证层析测量的精度; (2)*空间分辨率:横向分辨率≤1微米,光轴方向纵向分辨率≤2微米,共焦深度需精确连续可调。 二、激光激发组件:配备532 nm/633 nm(或638nm)/785 nm三组激光器。 1.532nm高亮度长寿命固体激光器,激光输出功率≥20mW, TEM00空间模式。532nm激发时拉曼光谱测量范围至少覆盖100cm-1~6000cm-1拉曼位移。 2.785nm 高亮度长寿命半导体激光器,激光输出功率≥80mW, TEM00空间模式。拉曼光谱测量范围至少涵盖100cm-1~3100cm-1拉曼位移

激光拉曼光谱气体分析技术在天然气中的应用及发展

激光拉曼光谱气体分析技术在天然气中的应用及发展 一、什么是激光拉曼光谱? 1928年,印度物理学家Raman发现了激光拉曼光谱。激光拉曼光谱是单色光束的入射光光子与分子相互作用后产生散射,这种散射分为瑞利散射和拉曼散射。 拉曼光谱通常采用的单色光源是激光,将分子激发到一种虚态,之后受激分子跃迁到与基态不相同的振动能量级,这时,散射辐射的频率对比入射频率将发生改变。这种频率的改变和基态与终态的振动能量级差相同,这样的非弹性散射光就叫做拉曼散射。频率不发生变的散射称之为弹性散射,即瑞利散射。 如果拉曼散射频率一但低于入射频率时,称为斯托克斯散射。相反,称为反斯托克斯散射。通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射,拉曼散射光和瑞利散射光的频率差值称之为拉曼位移。 由于拉曼散射光的强度十分微弱,对其进行观测和研究都非常困难,在没有高强度、单色性好的光源出现之前,拉曼光谱的发展固步不前。 自1930年红宝石激光器成功制造以来,拉曼光谱的发展就进入了个崭新的时期,先后经历了单通道检测器光电讯号转换器、COD电荷耦合器件实现多通道检测技术、共振拉曼光谱分析技术、表面增强拉曼效应分析技术实现分子水平的检测技术,以及非线性拉曼光谱技术。 在这个过程中拉曼光谱仪的发展经历了两个很大的飞跃,第一次为20世纪纪80年代开发的拉曼探针共焦激光拉曼光谱仪,使用陷波滤波器使杂散光得到抑制,成功地降低了激光源的功率,另一个则是20世纪90年代发展的傅立叶变换拉曼光谱仪,使用1064rm近红外激光光源避免了处于可见光区的荧光干扰,使仪器的灵敏度得到很大的提升。 拉曼光谱学经过近一个世纪的发展,其原理已十分成熟,并成为光谱学的一个分支,已大量应用于材料、石油化工、环保生物等很多研究领域。 二、激光拉曼光谱在天然气分析中的应用挑战 由于气体分子的密度远小于固体和液体分子的密度,其散射截面更小,从而导致散射强度很微弱,较难检测。因此,早期利用激光拉曼光谱进行气体分析面临着巨大的困难。 1、1980年,激光拉曼光谱测定天然气组分的方法被提出,在室温O.8MPa条件下对甲烷——氮气二元混合气体及甲烷——氮气——丁烷三元混合气体进行了测定分析,得到的测定结果与重量法测定结果最大差值为0.2%(摩尔分数),测量不确定度为0.1%,另外还对含有甲烷(75.713%)、乙烷(13.585%)、丙烷(6.742%)、正丁烷(1.326%)、异丁烷(1.336%)、正戊烷(0.216%)、异戊烷(0.223%)及氮气(0.869%)8种组分的标准天然气进行了测定分析,但是其测定结果的重现性及准确度较差,且灵敏度低,其中异丁烷、正戊烷和异戊烷3种组分未检出。 2、2001年,尼布鲁天然气处理厂利用自制的高压样品池和共聚焦拉曼光谱仪对天然气(组分及含量见表1)进行了测定分析,测定结果表明: 1)随着测定压力增大,各组分的拉曼峰强度增强; 2)拉曼谱图中未检出低浓度的正丁烷(0.58%)、戊烷(0.204%)及C6+(0.068%),但是清晰检测出了浓度

激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用3讲解

激光拉曼光谱仪在宝石学中的应用 1.宝石中包体的成分及成因类型 宝石中包体的成分和性质对其成因、品种及产地的鉴别具有重要的意义。传统的固相 矿物包体的鉴定与研究方法是将矿物包体抛磨至样品表面,尔后采用电子探针分析测试 之。 而对流体包体的研究则主要采用显微冷、热台去观察冷冻和加热过程中,流体包体内 各物相的变化特征,测定均一温度、低共熔点度及冷冻温度,最终通过相平衡数据去推 断或计算流体包体的分子成分、密度、形成温度、压力及盐度等。上述方法均属破坏性测 试,显然于宝石鉴定与研究。 拉曼光谱具有分辨率和灵敏度较高且快速无损等优点,特别适于宝石内部 1μm 大小 的单个流体包体及各类固相矿物包体的鉴定与研究。例如,利用拉曼光谱对 辽宁 50 号岩管金刚石包体的测试结果表明,该地区金刚石中常见的矿物包体类型为橄榄 石、铬铁矿、铬镁铝榴石、镁铝榴石、金属硫化矿物、石墨及流体包体。 又如,利用拉曼光谱对桂林水热法合成黄色蓝宝石中流体包体进行了测试,确定液相 中含有具 鉴定 意义 的碳 酸根 (矿化 剂)成 分。再 如,利用拉 曼光 谱对助熔剂合成红宝石和熔 合处理红宝石进行了测试, 确定助熔剂残余物(晶质体)和次生玻璃体(非晶体)的拉曼谱峰, 前者在 800—1000cm -1 范围内显示一组密集、相对计数强度较高的拉曼锐谱峰。 2.人工处理宝石的鉴定 近年来,珠宝市场上面市的人工充填处理宝石类型多为人造树脂充填处理翡翠、祖母 绿、绿松图2-2-23 绿柱石中流体包体的拉曼光谱 显示方解石子矿物 图2-2-24 合成红宝石中助溶剂残余的 拉曼光谱

石和铅玻璃充填处理红宝石、钻石等。宝石裂隙中的各类充填物质给珠宝鉴定人员带来一定的困难,然而,利用拉曼光谱分析测试技术有助于正确地鉴别它们。 例充填处理翡翠中环氧树脂的拉曼谱峰具体表征为,由苯环伸缩振动致红外吸收弱谱位于3069cm-1 处,与之对应由v as(CH2)不对称伸缩振动致红外吸收谱带位于2934cm-1 处,而v s(CH2)对称伸缩振动致红外吸收锐谱带则位于2873cm-1 处。利用拉曼光谱分析测试技术对染色处理黑珍珠和海水养殖黑珍珠的鉴定也获得满意的结果。 3. 相似宝玉石品种的鉴定 自然界中,分布最为广的硅酸盐类宝石的拉曼 光谱主要由复杂的硅氧四面体组合基团或基团群 的振动光谱组成,由于各硅酸盐类宝石中分子的 基团的特征振动频率(Si—O 伸缩振动、Si—O—Si 和O—Si—O 弯曲振动)存在明显的差异,导致各自 拉曼光谱的表征不一。例如,利用拉曼光谱测试技 术能有效地鉴别黑色翡翠及其相似玉种,如黑色角 闪石质玉、黑色钠铬辉石质玉、黑色蛇纹石质玉及黑色软玉等黑色相似玉种。图2-2-25为摩西西玉的拉曼光谱,显示其矿物成分为钠长石、角闪石、铬硬玉、钠铬辉石及铬铁矿。图2-2-25 摩西西玉的拉曼光谱 Ab钠长石,Eck角闪石,Ast铬硬玉,Chr铬铁矿

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