激光拉曼及荧光光谱实验

一、实验目的

1、  了解激光拉曼的基本原理和基本知识以及用激光拉曼的方法鉴别物质成分和分子结构的原理；

2、  掌握LRS – II激光拉曼/荧光光谱仪的系统结构和操作方法；

3、  研究四氯化碳CCL₄、苯C₆H₆等物质典型的振动—转动光谱谱线特征。

二、实验原理

2.1 基本原理

分子有振动。原子分双子的振动按经典力学的观点可以看成是简谐振子，其能量为

   

A是振幅，k是力常数。按照量子力学，简谐振子的能量是量子化的，

 

    

   t=0，1，2，3，···，是振动量子数，f是振子的固有振动频率。如果在同一电子态中，有振动能级的跃迁，那么产生的光子能量

 

波数为

CO在红外部分有4.67微米、2.35微米、1.58微米等光谱带，其倒数之比近似为1：2：3。当Δt=1时，测得的反映了分子键的强弱。

分子有转动。双原子分子的转动轴是通过质心而垂直于联接二原子核的直线的。按照经典力学，转动的动能是

式中P是角动量，Ｉ是转动惯量，

　

可以证明

　　　　

上式中ｒ_１，ｒ_２和ｒ分别代表两原子到转轴的距离及两原子之间的距离，μ称为约化质量。按照量子力学，角动量应等于

　　　

代入上式得

　　　　　

此式可以从量子力学直接推得，Ｊ称为转动量子数。当Ｊ＝０，１，２，３，···等值时，相应的Ｊ（Ｊ＋１）＝０，２，６，１２，···，所以能级的间隔是的２，４，６，８，···倍。

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深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称：­      近代物理实验    

实验名称：                

学院：               

专业：         班级：        

组号：            指导教师：                      

报告人：      学号：   

实验地点                

实验时间：      年    月    日星期         

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实验六  激光拉曼光谱仪

【目的要求】

1.学习和了解拉曼散射的基本原理；

2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL₄的谱线；

【仪器用具】

LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL₄、计算机、打印机

【原    理】

1.      拉曼散射

当平行光投射于气体、液体或透明晶体的样品上，大部分按原来的方向透射

而过，小部分按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。散射是光子与物质分子相互碰撞的结果。由于碰撞方式不同，光子和分子之间会有多种散射形式。

⑴ 弹性碰撞

弹性碰撞是光子和分子之间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，使得散射光的频率与入射光的频率基本相同，频率变化小于3×10⁵HZ，在光谱上称为瑞利散射。瑞利散射在光谱上给出了一条与入射光的频率相同的很强的散射谱线，就是瑞利线。

⑵ 非弹性碰撞

光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，这不仅使光子改变了其运动方向，也改变了其能量，使散射光频率与入射光频率不同，这种散射在光谱上称为拉曼散射，强度很弱，大约只有入射线的10^-6。

由于散射线的强度很低，所以为了排除入射光的干扰，拉曼散射一般在入射线的垂直方向检测。散射谱线的排列方式是围绕瑞利线而对称的。在拉曼散射中散射光频率小于入射光频率的散射线被称为斯托克斯线；而散射光频率大于入射光频率的散射线被称为反斯托克斯线。斯托克斯线和反斯托克斯线是如何形成的呢？在非弹性碰撞过程中，光子与分子有能量交换, 光子转移一部分能量给分子, 或者从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值。在光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子把一部分能量交给分子时，光子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光(即斯托克斯线)，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 E₁，这时的光子的频率为（入射光的频率为）；当分子已经处于振动或转动的激发态 E₁ 时,光量子则从散射分子中取得了能量 (振动或转动能量),以较大的频率散射，称为频率较高的光(即反斯托克斯线) ,这时的光量子的频率为。

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近代物理实验报告

            

激光拉曼及荧光光谱实验

姓名：陈聪 091204120

付静静091204121

实验目的：

1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备；

2、测量（液体）的拉曼光谱；

3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对的拉曼光谱进行处理，求出的主要拉曼线的拉曼位移。

[实验装置]

拉曼光谱实验系统一般由单色激发光源、样品室、色散系统和探测记录装置等组成。本实验采用苏州大学生产的SD-RI型小型拉曼光谱仪。整个实验装置如图2所示。下面分别加以介绍。

1、激发光源

激发拉曼光谱的光源，最主要的是要具有高单色性，并能在样品上给出高辐照度。本实验采用激光器作为单色光源。其输出激光的波长为。它的使用比较简单，打开电源，调节电流至所需值（一般约为）即可。

2、样品室

前面已介绍过，拉曼散射的强度比较弱。为了有效的进行测量，样品室必须仔细设计。样品时要考虑使激发光以最有效的方式照射样品，并要尽可能地收集散射光。本实验所用的样品室（见图2），由两个凹面反射镜、和两个凸透镜、组成。这里的作用是对入射激发光进行聚焦以提高激发强度，的作用在于把透过样品的激发光反射回样品再次利用以进一步提高激发强度；、用于收集散射光。其中把向着色散系统——单色仪方向散射的光聚集起来送入单色仪，把背着单色仪方向散射的光反射回来，通过的聚焦送入单色仪。

具体实验中，对样品装置的调整以使得各光学元件达到最佳位置是一件非常困难的事，这也是本实验最关键的一步，样品装置是否能调整好直接关系着实验的成败！

3、色散系统

对色散系统的选择，主要决定于所用激发光源的波长和所研究样品的拉曼位移的大小。目前一般采用以光栅作为色散元件的单色仪。又是为了提高光谱信号的信噪比，将两台单色仪串接起来使用，这称为双联单色仪或双光栅单色仪。

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激光拉曼光谱实验报告

摘要：在本实验中，我们用半导体激光器泵浦的：晶体并倍频后得到的532nm激光作为激发光源研究液体样品的分子的拉曼光谱。测量了分子的拉曼光谱，并测量了各拉曼谱线的退偏度。不同拉曼谱线的退偏度不同。

关键词：拉曼光谱，退偏度

引言：1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）和克利希南（K.S.Krisman）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（G.Landsberg）和曼杰尔斯达姆（L.Mandelstamm）也在晶体石英样品中发现了类似现象。在散射光谱中，频率与入射光频率相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在两侧的谱线或谱带即为拉曼光谱，其中频率较小的成分又称为斯托克斯线，频率较大的成分又称为反斯托克斯线。这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。

拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。

20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。

拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。

本实验将用半导体激光器泵浦的：晶体并倍频后得到的532nm激光作为激发光源研究液体样品的分子的拉曼光谱。

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激光拉曼光谱实验报告

学号：201011141054  姓名：牟蓉

实验日期：2013.3.28  指导老师：杨国建

摘要：本实验研究了用半导体激光器泵浦的：晶体并倍频后得到的532nm激光作为激发光源照射液体样品的分子而得到的拉曼光谱，确定了各个峰的退偏度，0.929752、0.629412、0.873846、0.741176、0.884774、0.757774

关键词:拉曼散射、分子振动、退偏

一、引言

1928年，印度物理学家拉曼（C.V.Raman）和克利希南（K.S.Krisman）实验发现，当光穿过液体苯时被分子散射的光发生频率变化，这种现象称为拉曼散射。几乎与此同时，苏联物理学家兰斯别而格（G.Landsberg）和曼杰尔斯达姆（L.Mandelstamm）也在晶体石英样品中发现了类似现象。在散射光谱中，频率与入射光频率相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在两侧的谱线或谱带即为拉曼光谱，其中频率较小的成分又称为斯托克斯线，频率较大的成分又称为反斯托克斯线。这种新的散射谱线与散射体中分子的震动和转动，或晶格的振动等有关。

拉曼效应是单色光与分子或晶体物质作用时产生的一种非弹性散射现象。拉曼谱线的数目，位移的大小，谱线的长度直接与试样分子振动或转动能级有关。因此，与红外吸收光谱类似，对拉曼光谱的研究，也可以得到有关分子振动或转动的信息。目前拉曼光谱分析技术已广泛应用于物质的鉴定，分子结构的研究谱线特征。

20世纪60年代激光的问世促进了拉曼光谱学的发展。由于激光极高的单色亮度，它很快被用到拉曼光谱中作为激发光源。而且基于新激光技术在拉曼光谱学中的使用，发展了共振拉曼、受激拉曼散射和番斯托克斯拉曼散射等新的实验技术和手段。

拉曼光谱分析技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术,其信号来源于分子的振动和转动。它提供快速、简单、可重复、且更重要的是无损伤的定性定量分析，无需样品准备，样品可直接通过光纤探头或者通过玻璃、石英、和光纤测量。拉曼光谱的分析方向有定性分析、结构分析和定量分析。

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近代物理实验报告

激光拉曼实验

学    院                     

班    级                     

姓    名                        

学    号                        

时    间         2014年5月24日       

激光拉曼实验  实验报告

【目的要求】

1.学习和了解拉曼散射的基本原理；

2.学习使用激光拉曼光谱仪测量CCL₄的谱线；

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