文档介绍：激光拉曼光谱实验报告
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,谱线很好地吻合了理论分析的分子4种振动模式,且频率的实验值与标准值比误差低于2%。又利用偏振片及半波片获得与入射光偏振方向垂直及平行的出射光,确定了各振动的退偏度,、、、,。
关键词:拉曼散射、分子振动、退偏
引言
1928年,印度物理学家拉曼()和克利希南()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()和曼杰尔斯达姆()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。
实验原理
分子的振动
由N个原子组成的分子具有3N个自由度。由于分子质心有3个平移自由度,非线性分子有3个转动自由度,因此其余3N-6个自由度是描述分子中的原子振动的。分子内原子的振动很复杂,但是总可以根据运动的分解和叠加原理吧分子的振动分解为3N-6种独立的振动,称为“简正振动”。可以用“简正坐标”描述简正振动,3N-6中简正振动的简正坐标为。每个简正坐标都以它对应的简正频率振动着,
(1)
图 1 四***化碳分子结构
四***化碳的分子式为,平衡时它的分子式一正四面体结构,碳原子处于正四面体的中央。四个***原子处于四个不相邻的顶角上,如图1所示,中间的A原子即为碳原子。它共有九个振动自由度,一个任意的振动可以分解成九种简正振动。
(1)四个CL原子沿各自与C的连线同时向内或向外运动(呼吸式),振动频率相当于波数V=458/cm(为了叙述方便,记为振动模式1)。
(2)四个Cl原子沿垂直于各自与C原子连线的方向运动并且保持重心不变,又分两种,在一种中,两个CL在它们与C形成的平面内运动;在另一种中,两个C