拉曼光谱分析

©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.©2007HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.HORIBAJobinYvon©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1-公司简介2-什么是拉曼光谱技术3-拉曼光谱仪工作原理4-拉曼光谱仪性能的几个重要概念5-HORIBAJobinYvon拉曼光谱仪介绍报告内容©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1-公司简介©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1819:CreationoftheCompany,inParis,byJean-BaptisteSoleil1923:ThecompanybecomesA.Jobin&G.Yvon1997:HORIBAacquiredJobinYvon2004:“OneCompanyProject”,JobinYvonbecame©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.HORIBAJobinYvon—amemberofHORIBAScientificJobinYvon成立于1819年总部:法国5大主要产品线拉曼光谱仪椭偏光谱仪荧光光谱仪光学元件元素分析等在北京、上海、广州设有直接的分支机构北京-拉曼光谱仪应用中心公司简介©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.核心技术:衍射光栅等离子刻蚀全息光栅©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.光谱仪的心脏——光栅©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.超大面积光栅©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.NASA对JY的航天用特殊光谱系统颁奖©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.拉曼部门：由三个著名的拉曼生产厂家（JobinYvon,Dilor,SPEX）合并而成，具有40多年的设计和生产历史。在全球已有5000多台仪器安装，是全球最大的拉曼光谱仪制造商。全球最大拉曼光谱仪制造商©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.全系列光谱仪—多种光谱分辨率仪器可选择XPloRAAramisHR800T64000U1000Detectorplanel1l2l1l2F2=800mmDetectorplaneF1=300mm©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.2-什么是拉曼光谱?©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1928年，印度科学家C.VRamanin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。时间和发现人ProvidedbyProf.D.Mukherjee,DirectorofIndianAssociationfortheCultivationofScience©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.llaserlscatterllaser瑞利散射什么是拉曼散射?lscatter=llaser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）©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.拉曼散射原理©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.我们能够从拉曼光谱中得到什么信息？定性的信息:物质鉴定、结构、晶型、结晶度等定量的信息:可以通过光谱校正,得到准确的应力大小和浓度分布BandpostionbandPositionshiftIntensityBandWidthRamanshift©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.拉曼是物质的指纹光谱20000150001000050000500100015002000250030003500ni=no-n(cm-1)50010001500200025003000350020000150001000050000Intensity(A.U.)OHstretchingCH3StretchingModesSkeletalBendingCCOmodesOHBendingCH3andCH2BendingModes甲醇vs.乙醇©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.GC:GlassyCarbonDC:DisorderedCarbonµG:microcrystallineGraphiteG:GraphiteD:Diamond不同碳材料的拉曼光谱同样元素不同结构©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.晶化率——非晶硅、多晶硅穿透深度(nm)325nm458nm488nm非晶硅9.45381单晶硅8.2456717在制备非晶硅或多晶硅薄过程中，不同深度处的晶化程度可能不同。利用不同波长激光在样品中穿透深度不同，得到各深度层的信息。该样品表面为多晶硅，往深度方向晶化程度降低，逐渐变为非晶硅。20040060080010001200140016001800200022002400Intensity(cnt)350400450500550RamanShift(cm-1)514480激发波长：325nm,458nm,488nm多晶硅非晶硅感谢南开大学硅薄膜太阳电池产学研基地，段苓伟老师提供样品数据。*以上穿透深度由材料的消光系数计算所得©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.应力测量©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.蓝宝石衬底上的GaN的应力分布左图的颜色条给出该GaN样品的E2模相对于体相GaN中该拉曼峰[567.25cm-1][1]的峰位偏移量。[1]SamuelH.Margueron,etal.,JournalofCrystalGrowth310(2008)5321–5326.仪器：LabRAMHR激发波长：514nm光栅：1800gr/mm©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.SiC晶型分布-25000-20000-15000-10000-50000500010000150002000025000Y(祄)-20000-1000001000020000X(祄)2000祄2000祄©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.0.00.51.01.52.02.53.0Intensity(cnt/sec)500100015002000RamanShift(cm-1)碳纳米管研究RadialBreathingModeTubeDiameterTangentialModes(G-Modes)ElectronicpropertiesD-bandInfoondefects©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.石墨烯的拉曼光谱©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.石墨烯的拉曼光谱成像©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.高温原位拉曼测试可观察到强烈的黑体辐射2010年12月摄于西安交通大学©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.3-拉曼光谱仪的工作原理©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.拉曼光谱测量原理激光样品滤光片光栅探测器©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.4－拉曼光谱仪的几个重要概念1-光谱分辨率2-灵敏度3-共焦特性4-激发波长问题5-操作方便性©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.1-光谱分辨率©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.0.00.51.01.52.02.53.0Intensity(cnt/sec)500100015002000RamanShift(cm-1)碳纳米管研究RadialBreathingModeTubeDiameterTangentialModes(G-Modes)ElectronicpropertiesD-bandInfoondefects©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.高分辨率实验结果Higherspectralresolutionallowsmoreaccurateobservationoftubesofdifferentdiametersx103510152025303540Intensity(cnt)120140160180200220240260RamanShift(cm-1)LabRAMHR普通分辨率LabRAMHR高分辨率模式©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.吉林大学样品01000200030004000500060007000Intensity(cnt)20040060080010001200140016001800RamanShift(cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600红色：普通分辨率结果兰色：高分辨率结果190200210220230240RamanShift(cm-1)CaCO3-1800CaCO3-600©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.不同分辨率测量应力实验结果©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.分辨率高标定峰位峰面积更准确©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.分辨率高数据点多描述峰位准确©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.影响仪器分辨率的主要因素－焦长©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.全系列拉曼光谱仪—多种焦长仪器可选择XPloRAAramisHR800T64000U1000Detectorplanel1l2l1l2F2=800mmDetectorplaneF1=300mm©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.LabRAMHR(高分辨拉曼光谱仪)©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.高分辨率光学系统－长焦长©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.调节仪器分辨率的因素－光栅刻线©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.800100012001400Wavenumber(cm-1)600g/mm950g/mm1800g/mm使用不同光栅测量的拉曼结果布落芬(C13H18O2)拉曼光谱低、中、高分辩率的拉曼光谱©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.波长范围的限制：理论上λmax2×106/N1800gr/mm:λmax=1111nm3600gr/mm:λmax=555nm高刻线光栅的限制©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.2-灵敏度©2009HORIBA,Ltd.Allrightsreserved.实验条件：分辨率：~2cm-1激发波长：532nm,到样品上功率：10毫瓦积分时间：100sX3Binning:1300035004000450050005500600065007000750080008500Intensity(cnt)150020002500RamanShift(cm-1)灵敏度实验（Si三阶峰的信噪比好于10：1）©2009HORIBA,Ltd.Allr