Raman Scattering Spectrometer 拉曼散射光譜儀 光電材料特性量測 指導老師:李明倫 學生:陳文郎 李宗育
大綱 Raman簡介 Raman原理 Raman光譜儀結構 Raman散射光譜分析 結論 引用資料
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Raman簡介 拉曼在研究光的散射過程中於1928年發現的散射現象中有一特殊效應，和X射線散射的康普頓效應類似，光的頻率在散射後會發生變化。頻率的變化決定於散射物質的特性。 1930年諾貝爾物理學獎授予印度加爾各答大學的拉曼(Sir Chandrasekhara Venkata Raman 1888―1970)，以表彰他研究了光的散射和發現了以他的名字命名的定律。 1968年Tobin首次發表以雷射(laser)當激發光源，來偵測蛋白質的拉曼光譜，大幅增強了Raman scattering的訊號強度，此後以雷射為激發光源的拉曼光譜法即被廣泛地應用在生物及生化分子的研究上。
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Raman散射原理 l l0 Incident light l0 Transmitted l0 l0 Reflected l0 Absorbed Transmitted l0 l0 Reflected Elastic l0 l l0 Scattered Inelastic
Rayleigh: Elastic scattering Raman散射原理 Rayleigh: Elastic scattering Raman: Inelastic scattering
Raman散射原理 h(0 + ) E0 E1 V=1 V=0 E1 + h0 E2 + h0 h h0 1. Raman effect： Raman散射的兩種躍遷的能量差： E=h(0 - ) 產生史托克線；强；基態分子多； E=h(0 + ) 產生反史托克線；弱； 2. Raman shift： Raman散射光與入射光頻率差； ANTI-STOKES 0 - Rayleigh STOKES 0 + 0
Raman散射原理 9 9
P感應偶極矩； 分子的極化性；E電場強度 Raman散射原理 從光的波動性來看，散射現象的產生，是與光波的電場與物質分子發生作用後，產生的感應偶極矩有關。 P = E P感應偶極矩； 分子的極化性；E電場強度 E=E0cos(wit) + - + Induced polarization P = E (: polarizability) - r0 r Dipole re-radiates at same frequency wi 10 10
Raman散射原理 O C O 例如：CO2 symmetric mode 由於分子周圍的電子雲交替的伸長與收縮，使極化性有相應的變化， 11 11
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Raman光譜儀結構 圖為譜儀的裝置示意圖： 主要有(一)雷射光源(二)外光路系統及樣品裝置(三)分光系統(四)偵測裝置 雷 射 L1 L2 PMT M2 分光儀 光子計數器 樣品 M1 PC
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Raman散射光譜分析 圖為四氯化碳(CCl4) 的Raman光譜圖
Raman散射光譜分析 右圖為三甲苯與茚的IR吸收光譜及Raman散射光譜圖之比較 19
Raman散射光譜分析 圖為SiGe合金 的Raman光譜圖 20
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結論
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引用資料 [1] http://newton.ex.ac.uk/research/biomedical/optics/sers.html Exeter [2] http://www.andor.com/learn/applications/?docID=64 Andor Technology [3] http://news.bbc.co.uk/2/low/uk_news/scotland/edinburgh_and_east/7837517.stm [3] http://deltanu.com/tutorials/ Intevac [4] http://www.riken.go.jp/lab-www/spectroscopy/en/interface.html 田原分子分光研究室 [5] http://groups.mrl.uiuc.edu/granick/People/Research/Research_Malgorzata.html [6]http://www.laserfocusworld.com/display_article/113739/12/none/none/OptWr/Modular-designs-advance-Raman-spectrometers LaserFocusWorld [7] http://www.maryspectra.org/raman/raman.htm Maryspectra [8] http://carbon.cudenver.edu/public/chemistry/classes/chem4538/raman.htm Raman Spectroscopy [9] http://phy.ntnu.edu.tw/~chiact/index.htm 拉曼光譜譛實驗室 [10] http://www.renishaw.com.tw/tw/6259.aspx Renishaw 24
引用資料 [11] http://www.princetoninstruments.com/spectroscopy/raman.aspx [12]http://www.wasatchphotonics.com/applications/raman_spectroscopy.htm Wasatchphotonics [13] http://www.ch.ntu.edu.tw/faculty/Instrument/raman.htm 金屬紫質共振拉曼光譜的研究 [14]儀器分析 , 劉興鑑、孫逸民、陳玉舜、趙敏勳、謝明學主編,台北縣五股鄉：全威書局,民96 初版 [15]儀器分析化學 , 石宇嘉、石宇華編著,北市：鼎茂圖書, 民88 二版 [16]儀器總覽 化學分析儀器 , 伍秀菁、汪若文、林美吟編輯, 新竹市：國科會精儀中心, 民87 初版
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題庫 (1)為什麼anti-stokes對stokes譜線強度的比值，會隨樣品溫度升高而增大? ans：溫度增高時，於第一激發態的粒子增加。 (2)若雷射功率一定，使用He-Ne雷射(632.8nm)或Ar離子雷射(488nm)為光源時測定樣品之譜線強度有何不同?為什麼? ans：強度與頻率之四次分成正比 (3)拉曼光譜為什麼常被應用於生化或生物分子研究? ans：H2O不受干擾影響 27