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1、激光拉曼光谱裘晓敏(005042)李佛生(指导教师)【实验目的】本实验要紧通过记录CCL分子的振动拉曼谱，学习和了解拉变散射的大体原理、拉星光谱实验及分析方式。【实验原理】当波数为出的单色光入射到介质上时，除被介质吸收、反射和透射外，总会有一部份光被散射。按散射光相关于入射光波数的改变情形，可将散射光分为三类：第一类，其波数大体不变或转变小于l(Tcmr,这种散射称为瑞利散射；第二类，其波数转变大约为，称为布里渊散射；第三类是波数转变大于IcnT的散射，称为拉区散射：从散射光的强度看，瑞利散射最
2、强，拉曼散射光最弱。图1是用氧离子激光照射样品，用光电记录法取得的振动拉星光谱。其中最强的一支光谱和入射光的波数相同，是瑞利散射。另外还有几对较图1振动拉哄散射光谱弱的谱线对称地散布在弓)双侧，其位移△)<()的散线称为斯托克斯线，△/>0的散射线称为反斯托克斯射。拉曼散射光谱具有以下明显的特点：(1)拉曼散射谱线的波数尽管随入射光的波数而不同，但对同一样品，同一拉盛谱线的位移△/与入射光的波长无关：(2)在以波数为变量的拉曼光谱图上，斯托克斯线和反斯托克斯线对称地散布在瑞利散射线双侧：(3)一
3、样情形下，斯托克斯线比反斯托克斯线的强度大。拉曼散射的半径典量子说明按量子论的观点，频率为必的入射单色光能够看做是具有能量为痴,的光子。当光子与物质分子碰撞时有两种可能，一种是弹性碰撞，另一种是非弹性碰撞。在弹性碰撞进程中,没有能量互换，光子只改变运动方向，这确实是瑞利散射；而非弹性碰撞不仅改变运动方向，而且有能量互换，这确实是拉域散射。处于基态瓦的分子受到入射光子施。的激发跃迁到一受激虚态，而受激虚态是不稳固的，专门快向低能级跃迁。若是跃迁到基态瓦，把吸收的能量施。以光子的形式释放出来，这确实
4、是弹性碰撞，为瑞利散射。若是跃迁到电子基态中的某振动激发态以上，那么分子吸收部份能量痴,并释放出能量为力出。-必)的光子，入射光(小+⑼)图2光散射的谱半经典量子解释示意图这是非弹性碰撞，产生斯托克斯线。假设分子处于某振动激发态耳上，受到能量为心的光子激发跃迁到另一受激虚态，若是从虚态仍跃迁到房产生瑞利散射，若是从虚态跃迁到基态瓦，那么释放出能量为方小。+◎）的光子，产生反斯托克斯线。依照玻尔兹星散布，在常温下，处于基态的分子占绝大多数，因此通常斯托克斯线比反斯托克斯线强很多。拉曼散射的退偏度当
5、电磁辐射与一系统彼此作历时，偏振态常发生转变，这种现象称为退偏。在拉曼散射中，散射光的退偏往往与分子的对称性有关。因此研究散射光的偏振特性能够提供分子结构和简正振动对称类型的有利信息。退偏度（或退偏比）是为了定量描述退偏程度而引入的。为了标志偏振方向，概念“散射平面”为包括入射光传播方向和观测方向的平而。当入射光为平而偏振光，且偏振方向平行于散射平而，而观测方向在散射平而内与入射光传播方向成口角时，概念退偏度p（0）为两个强度比，即：p〃（0）=_J,式中光强/左上标表示入射光电矢量与散射平面的
6、〃艘）关系，了的右下标表示散射光的电矢量与散射平而的关系。同理，当入射光偏振方向垂直于散射平面时，退偏度为pL（8）=-^―,当入射光为自然光时,退偏度为0”（8）=上一o儿⑻也⑻3/2由理论计算可得，入射光为平而偏振光时夕〃（乃/2）=夕式笈/2）=—三——入射45瓦.+4厂光为自然光时金（乃/2）=6/45a2+7/2，其中P为平均电极化率，y为各向异性率，是极化率各向异性的量度。当值=0时，0“（1/2）=6/7,4（1/2）=%（乃/2）=3/4这时散射光偏振性最小，称为完全退偏。当u=
7、0,而5工0时，那么必有夕”（1/2）=4（1/2）=%（4/2）=0这时散射光的偏振性最大，称为完全偏振。当y20,而5W0时，夕〃（乃/2）,%（乃/2）的值在。和3/4之间，而4（%/2）在。和6/7之间,这时散射光是部份偏振的。可见P越接近于0,表示分子振动含有的对称振动成份越多。反之越近于6/7,PlP越近于3/4,那么说明分子的振动含有非对称振动成份越多。因此，测量退偏度能够直接判定放射光的偏振性和振动的对称性，CCL(四氯化碳)分子的对称结构及振动方式CCL：分子为四面体结构，一个
8、碳原子在中心，四个氯原子在四面体的四个极点，当四面体绕其自身的某一轴旋转必然角度，分子的几何构形不变的操作称为对称操作，其旋转轴称为对称轴。CCL有13个对称轴，有24个对称操作，咱们明白，N个原子组成的分子有(3N-6)个内部振动自由度。因此，CCL分子能够有9个(3x5—6)自由度，或称为9个独立的简正振动。依照分子的对称性，这9种简正振动可归成以下四类：第一类，只有一种振动方式，4个C1原子沿与C原子的联线方向作伸缩振动，记作％,表示非简并振动。第二类，有两种振动方式，相邻两对C1原子在与
