激光拉曼试验讲解VIP免费

实验名称：激光拉曼实验一、实验目的1、使学生了解拉曼光谱，掌握测试物质组分新技术；2、采用对照标准谱和不同物质谱，熟悉波速测量，提高专业仪器操作调整技能和细微差异辨析能力。二、实验原理：1光子的散射是个吸收和再发射的复合过程.散射物质会从入射光子吸收部分能量,或把自身的部分能量加到入射光子身上去,再发射的光子便与原光子不相干,且形成新的谱结构。补充说明：第一,在vR<10cmˉ1的范围内,低分辨率的谱仪很难把瑞利线扣得足够低,需用高分辨率的法布里-珀罗干涉仪,又,引起在这区段散射谱的不是分子振动和转动,主要的是凝聚态内振动的声频支,这是1922年由布里渊提出的概念，因此这一谱段的散射被称为"布里渊散射",与拉曼散射不同。第二,与简单的线性拉曼效应对应的还有各种非线性的拉曼效应,如共振拉曼散射、超拉曼散射、受激拉曼散射、相干反斯托拉克拉曼散射......所谓"非线性",即初始的动因导致次级动因以至多级连动因果效应。如共振拉曼效应:激发光频率本身即与受激发的物质的固有发射频率相合或相近,外激发引起内共振吸收,再发射有二级动因加强。又如超拉曼效应:既已受一个外光子激发了的分子再接受第二个同样光子的激发。2拉曼散射的量子解释拉曼散射光强度随频率的分布构成的光谱称为拉曼光谱。由于拉曼散射光的强度很弱,有的只是入射光的10ˉ6-10ˉ7,因此要求用强度大且单色性好的光源,及高灵敏的探测器。激光可以产生一个窄的,单色的光，作为入射光源可以聚焦在很小的样品上。拉曼散射的过程可以看作是光子和分子的非弹性散射,当光子射在分子上,和分子发生了相互作用.分子的量子态可能改变或保持不变.如果量子态没有变化,则散射光子与入射光子有相同的能量,就会出现在瑞利线中.如果量子态改变了,散射光子就可能有比入射光子大或小的能量.分子和光子的总能量是守恒的.力量子力学的观点可以把散射过程看作是,入射光子与散射物质分子的相互作用使处于基状态的分子跃迁到一个"虚"能态,然后退激发到某个激发态分子与入射光子的相互作用的结果是,入射光子把一部分能量交给了分子,使分子从原来的基态跃迁到激发态.激光器：本实验采用50mW半导体激光器，该激光器输出的激光为偏振光。其操作步骤参照半导体激光器说明书。外光路系统：外光路系统主要由激发光源（半导体激光器）、五维可调样品支架S、偏振组件P1和P2以及聚光透镜C1和C2等组成（见图12-4-3）。激光器射出的激光束被反射镜R反向后，照射到样品上。为了得到较强的激发光，采用一聚光镜C1使激光聚焦，使在样品容器的中央部位形成激光的束腰。为了增强效果，在容器的另一侧放一凹面反射镜M2。凹面镜M2可使样品在该侧的散射光返回，最后由聚光镜C2把散射光会聚到单色仪的入射狭缝上。调节好外光路是获得拉曼光谱的关键，首先应使外光路与单色仪的内光路共轴。一般情况下，它们都已调好并被固定在一个钢性台架上。可调的主要是激光照射在样品上的束腰，束腰应恰好被成像在单色仪的狭缝上。是否处于最佳成像位置，可通过单色仪扫描出的某条拉曼谱线的强弱来判断。信号处理部分：光电倍增管将光信号变成电信号并进行信号放大，最后送入电脑显示系统，在电脑上显示出拉曼光谱。[拉曼光谱的特性]：频率为υ的单色光入射到透明的气体、液体或固体材料上而产生光散射时，散射光中除了存在入射光频率υ外，还观察到频率为υ±△υ的新成分，这种频率发生改变的现象就被称为拉曼效应。υ即为瑞利散射，频率υ+△υ称为拉曼散射的斯托克斯线，频率为υ-△υ的称为反斯托克斯线。△υ通常称为拉曼频移，多用散射光波长的倒数表示，计算公式为（7.14.1）式中，λ和λ0分别为散射光和入射光的波长。△υ的单位为cm-1。拉曼谱线的频率虽然随着入射光频率而变化，但拉曼光的频率和瑞利散射光的频率之差却不随入射光频率而变化，而与样品分子的振动转动能级有关。拉曼谱线的强度与入射光的强度和样品分子的浓度成正比：式中φk—在垂直入射光束方向上通过聚焦镜所收集的喇曼散射光的通量（W）；φ0—入射光照射到样品上的光通量（W）；Sk—拉曼散射系数，约等于10-28~10-29mol/sr；N—单位体积内的分子数；H—样品的有效体积；...