激光喇曼实验讲解

激光喇曼光谱（LaserRamanSpectroscopy）试验目的：1、了解喇曼效应的特征、量子理论以及产生条件；2、了解四氯化碳分子的简正振动；3、学会依据四氯化碳分子喇曼光谱的峰位推断出该峰所对应的振动模式。SirChandrasekhraVenkataRaman•SirChandrasekharaVenkataRaman(1888-1970)–NobelPrizeofphysicsin1930forthediscoveryoftheRamaneffect.C.V.Raman于1928年发觉了以他名字命名的非弹性散射现象，因这一重大发觉他获得了1930年度诺贝尔物理学奖。C.V.Raman是印度首位诺贝尔奖获得者。喇曼效应Ramaneffect喇曼效应Ramaneffect瑞利散射Rayleighscattering—由弹性散射引起的散射光散射光具有和入射光相同的频率，强度为入射光强度的10-3

喇曼散射RamanScattering—非弹性散射的一种—若入射光的频率为0，有非弹性散射引起的散射光，其频率介于0

-

和0

+

之间，对称地分布在瑞利散射光的两侧，强度为瑞利散射强度的10-3

~10-4

，为入射光强度的10-7

。喇曼效应Ramaneffect拉曼光谱线—斯托克斯线（stokesline）—反斯托克斯线（anti-stokesline）低于入射光频率的散射线：0-

高于入射光频率的散射线：0

+

–斯托克斯线频率，反斯托克斯线频率与入射光频率之差=(0

+

)-0

=[h(0

+

)-h0]/h=(E1-E0)/h–喇曼频移与入射光的频率无关而与分子振动的能级有关喇曼频移（Ramandisplacement）喇曼效应的量子理论光子与分子的相互作用—光子和分子间有能量交换—放出或吸取的能量只能是分子两个能级之间的能量差h0h0h0h(0

+

)E0E1

hh(0

-

)h0反斯托克斯线斯托克斯线喇曼效应的量子理论喇曼光谱线—由于分子大都处在振动能级E0，斯托克斯线的强度远大于反斯托克斯线的强度CCl4的喇曼光谱之斯托克斯线（红）和反斯托克斯线（蓝）产生喇曼效应的条件分子在振动或转动过程中，极化率发生变更是产生喇曼效应的必要条件。诱导偶极矩与外电场的强度之比为分子极化率分子中两原子距离最大时，α也最大拉曼散射强度与极化率成正比例关系—极化率（polarizability）单位电场强度所感应的电偶极矩μ＝αEα为极化率喇曼光谱与红外光谱的区分分子在振动过程中，分子的极化率发生变更，属于喇曼活性分子的全对称振动和非极性基团的振动，使分子的极化率发生变更适用于探讨同原子的非极性键：−C=C−C=C−,−N=N−,−S−S−.分子在振动过程中，分子的偶极矩发生变更，属于红外活性分子的非对称振动和极性基团的振动，使分子的偶极矩发生变更适用于探讨不同原子的极性键振动：−C=O,−OH,−C−X.CCl4分子的简正模式CCl4分子的简正模：〇代表C，代表Cl试验装置RBD型激光喇曼光谱仪总体结构图试验装置5-1激光器5-2直角转向镜及调节架5-3斜入射转向镜及调节架5-4激光电源半导体激光器：

激光波长：532nm，绿光功率：>40mw高消光比，线偏振输出，消光比（垂直偏振）>100:1功率高稳定性：<±2%光束直径：<1.0mm1、光源：试验装置（２）样品信息收集光路：2-1.散射光凹面反射镜及其调整架；2-2.集光镜及其调整架；2-3.检偏器；2-4.凹陷滤波片及调整架（选购件）；（３）样品台部分:3-1.五维精密调整样品平台；3-2.液体管样品架；（４）箱体部分4-1.基础板；（1）样品照明入射光路：1-1.偏振旋转器；1-2.聚焦透镜及其调节架；1-3.斜入射聚焦透镜及其调节架；1-4.入射光凹面反射镜及其调节架；2、外光路系统试验装置3、色散系统光源或照明系统发出的光束匀整地照射在入射狭缝上，入射狭缝位于的离轴抛物镜焦面上。光经过离轴抛物镜平行照射到光栅上，经过光栅衍射到其次离轴抛物镜，再经过反光镜会聚到出射狭缝上，最终到光电接收元件（光电倍增管）上。由于光栅的分光作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。当光栅转动时，从出射狭缝出来时间由短波到长波依次出现。试验装置四、信号采集系统CR114/131型光电倍增管

线性脉冲放大幅度分析器

高压稳压电源部分

五、接口电路

接口电路是激光喇曼光谱仪自动控制的基础单元，是主计算机（PC机）与激光喇曼光谱仪的联机接口。通过接口电路实现控制单色仪及采集数据的功能。接口电路的主要的功能如下：1.

一个步进电机的驱动电源，控制单色仪中光栅的转动；2.

通过1个光电开关，确定单色仪波长“定位”，即回零位置；3.

采集、暂存、传送衍射强度数据；4.

与主计算机的通讯，接收主机命令；显示当前波长或散射强度

试验内容测量CCl4分子的振动喇曼散射谱要求：完整记录包括瑞利线、斯托克斯线和反斯托克斯线的振动喇曼谱，体验喇曼光谱的基本试验技术和相识振动喇曼谱的主要特征及其与分子结构的联系。数据记录与处理1、打印CCl4分子的喇曼光谱图并在图上标出stokes线和antistokes线；2、依据CCl4分子喇曼峰的位置定出其相应的简正模式。峰波长(nm)频率(Hz)喇曼频移(Hz)波数差(cm-1)相应振动模式1

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思索题1.喇曼光谱是一种___光谱；2.激光喇曼光谱分析，是利用___照射试样