17激光喇曼光谱实验

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1、激光喇曼光谱一、基本原理光照射介质时，除被介质吸收、反射和透射外，总有一部分被散射。1928年，印度喇曼(Raman)在液体苯中观察到光照射媒质时，散射光频率与入射光频率存在大于3×1010Hz的频移。这类散射称为喇曼散射，其频移量多数在102一l03cm-1之间，这是因为喇曼散射是由于分子振动能态间的跃迁造成的，这种跃迁相应的能量大都在l02一103cm-l之间。但是光照射媒质时，散射光按频率分为三类：除喇曼散射外，还有瑞利（Rayleigh）散射、布里渊（Brillouin）散射。大部分媒质的喇曼散射强度都小于入射光强的10-6倍和瑞利散射光强的10-3倍。喇曼光谱

2、图1-1喇曼光谱如图1-1所示。设υ0是入射光的波数，υ是散射光的波数，散射光与入射光的波数差定义为Δυ=υ一υ0。对于喇曼散射谱，Δυ<0的散射线称为红伴线或斯托克斯(Stokes)线;Δυ>0的散射线称为紫伴线或反斯托克斯(anti-Stokes)线。喇曼光谱在外观上有三个明显的特征：第一，对同一样品，同一喇曼线的波数差Δυ与入射光波长无关；其次，在以波数为变量的喇曼光谱图上，如果以入射光波数为中心点，则斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分列在入射光的两边，第三，斯托克斯线的强度一般都大于反斯托克斯线的强度。喇曼光谱的上述特点是散射体内部结构和运动状态的反映，也是喇曼散

3、射固有机制的体现。二、实验仪器喇曼散射强度正比于入射光的强度，并且在产生喇曼散射的同时，必然存在强度大于喇曼散射至少一千倍的瑞利散射。因此，在设计或组装喇曼光谱仪和进行喇曼光谱实验时，必须同时考虑尽可能增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光，提高仪器的信噪比。喇曼光谱仪一般由图1--42所示的五个部分构成。图l-2喇曼光谱仪的基本结构1．光源它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。目前喇曼光谱实验的光源己全部用激光器代替历史上使用的汞灯。2．外光路外光路部分包括聚光、集光、样品架．滤光和偏振等部件。3

4、．色散系统色散系统使喇曼散射光按波长在空间分开，通常使用单色仪。由于喇曼散射强度很弱，因而要求喇曼光谱仪有很好的杂散光水平。各种光学部件的缺陷，尤其是光栅的缺陷，是仪器杂散光的主要来源。当仪器的杂散光本领小于10-4时，只能作气体、透明液体和透明晶体的喇曼光谱。4．接收系统4喇曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。光电倍增管接收就是单通道接收。5．信息处理与显示为了提取喇曼散射信息，常用的电子学处理方法是直流放大、选频和光子计数，然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。计算机操作控制系统计算机操作系统界面1．测量点击“确定”按钮，弹出保存对话框，输入文件名，点击“

5、保存”按钮，进行存盘。点击“取消”按钮，退出存盘。2．单色仪转动单击“转动”按钮，或单击“单色仪操作”菜单中的“单色仪转动”按钮。弹出“转动”对话框输入终止波长、选择转速。点击“确定”按钮，转动单色仪，即可转到想要转到的波长位置。点击“停止”按钮，停止正在转动中的单色仪。点击“取消”按钮，取消单色仪的转动。对话框下端的状态栏，显示转动时、停止时单色仪当前位置的波长值。3．单色仪步进/退4．单色仪校正单击“单色仪操作”菜单中的“单色仪校正”按钮，弹出“校正”对话框输入步宽、当前位置的理论值点击“<-步退”按钮、“步进->选择最大峰位。校正功能与步进步退功能相似，当人工判断

6、当前位置是最大峰位时，点击“确定”，软件将保存当前波长值，以此作为单色仪回零后的校正参数。此校正值将直接影响全部测量结果。5．回零单击“回零”按钮，或单击“单色仪操作”菜单中的“回零”按钮，单色仪进行回零。计算机图谱分析系统4五、实验内容和步骤记录CCl4分子的振动喇曼谱要求完整记录包括瑞利线和斯托克斯、反斯托克斯线的振动喇曼谱，体验喇曼光谱的基本实验技术和认识喇曼谱的主要特点及其与分子结构的联系。(1)喇曼光谱仪的外光路调节到使入射激光束铅垂地通过需要放置样品的中心，并且样品最佳地成像于单色仪入射狭缝。(2)适当地调节信号接收系统的各项参数，使谱图的基线位于记录纸宽度

7、的1/10一1/8处，而最强喇曼线的尖峰位于以2/3一3/4处。调节单色仪的扫描速度，使谱线的轮廓对称和宽窄合适。(3)分别记录单色仪狭缝为125μm和50μm（入射和出射狭缝相等）时的谱图。(4)实验报告要求记录所有实验参数，特别要标明狭缝的几何宽度和波长扫描范围；在谱图上把波长标度换成波数差标度，在各谱线峰尖处标出其波数差值；比较各谱钱实测的相对强度，辨认各谱线对应的简谐振动类型。4