激光拉曼光谱实验讲

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1、拉曼光谱的研究一实验目的1、了解拉曼散射的基本原理2、学习激光拉曼/荧光光谱仪的使用方法，知道简单的谱线分析方法。3、测试CCl4的拉曼光谱。二实验仪器激光拉曼光谱仪（LRS-Ⅲ），计算机，打印机，待测样品等。三实验原理当波束为的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总0会有一部分被散射。按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为三51类：第一类，其波数基本不变或变化小于10cm，这类散射称为瑞利散射；第11二类，其波数变化大约为0.1cm，称为布利源散射；第三类是波数变化大于1cm的散射，称为拉曼散射；从散射

2、光的强度看，瑞利散射最强，拉曼散射最弱。在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。（上能态是虚能态，实际不存在。这样的跃迁h0h0h0h0h0h0h0h0过程只是一种模型实际并没有发生）图（1a）图（1b）图1在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。当入射的光量子与分子相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是非弹性碰撞的散射。在

3、弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，光量子转移一部分能量给散射分子，或者从散射分子中吸收一部分能量，从而使它的频率改变，它取自或给予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差1值EEE，当光量子把一部分能量交给分子时，光量子则以较小的频率散12射出去，称为频率较低的光（斯托克斯线），散射分子接受的能量转变成为分子的振动或转动能量，从而处于激发态E，如图1斯托克斯线瑞利线反斯托克斯线（1b），这时的光量子的频率为；当分0子已经处于

4、振动或转动的激发态E时，光量子则10从散射分子中取得了能量E（振动或转动能量），图2以较大的频率散射，称为频率较高的光（反斯托克斯线），这时的光量子的频率为。如果考虑到更多的能级上分子的散0射，则可产生更多的斯托克斯线和反斯托克斯线。最简单的拉曼光谱如图2所示，在光谱图中有三种线，中央的是瑞利散射线，频率为，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，与瑞利线的频差为，强度0比瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之一至上万分之一；高频的一侧是反斯托克斯线，与瑞利线的频差亦为，和斯托克斯线对称的分布在瑞利线两

5、侧，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为，称为拉曼频移，0这种频移和激发线的频率无关，以任何频率激发这种物质，拉曼线均能伴随出现。因此从拉曼频移，我们又可以鉴别拉曼散射池所包含的物质。拉曼散射强度正比于入射光的强度，并且在产生拉曼散射的同时，必然存在强度大于拉曼散射至少一千倍的瑞利散射。因此，在设计或组装拉曼光谱仪和进行拉曼光谱实验时，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

6、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。CCI4（四氯化碳）分子的对称性质和振动拉曼谱在本实验中，我们选择CCL4作为实验样品。根据前面叙述的原理，简略地介绍它的分子结构及对称性质和振动拉曼光谱之间的联系，为实验提供一个谱图分析的基础。21．CCL4的分子结构及其对称性CCL4分子由一个碳原子和四个氯原子组成，它的结构如图3所示，四个氯原子位于正四面体的四个顶点，碳原子在正四面体的中心。物体绕其自身的某一轴旋转一定角度、或进行反演（r→－r）、或旋转加反演之后物体又自身重合的操作称操作。对称操作与前面讲到的物体的对称变

7、换在物理上是等价的。CCL4分子所具有的旋转和旋转—反演轴列于图4。由该图可以看到，CCL4分子的对称操作有24个（包括不动操作E）。这24个对称操作分别归属于五种对称素。对称素是物体对称性质的更简洁的表述。CCL4分子的五种对称素是：mjpm±E，3C2，8C3，6iC2，6iC4，上述符号的具体含义是Cn旋转轴，下标表示转角为2π/n；i反演；m旋转轴方位是x，y，z轴j旋转轴方位在过原点O的体对角线方向，j=1，2，3，4；p旋转轴方位在过原点O、立方体相对棱边中点联线方向，p=a，b，c，d，e，f；+或—顺时针或逆时针旋转方向。上

8、面符号前面的阿拉伯数字代表该对称素包含的对称操作数。2．CCL4分子的振动方式与振动拉曼谱大家知道，N个原子构成的分子，当N≥3时，有（3N-6）个内部振动自由度，