3.3 拉曼光譜

南京大學近代物理實驗系列報告《拉曼光譜》

注:本實驗報告僅供學習、參考,謝絕抄襲。如有發現抄襲,作者概不負責!

實驗3.3 拉曼光譜

一、引言

拉曼光譜是分子或凝聚態物質的散射光譜。如果光線射向透明液體、氣體、固體,則將有部分的光不受物體表面的反射,而射入物體內部。當光和物體內的粒子發生散射時,就發生了散射現象。大部分的散射光子具有和入射光相同的頻率,這種現象叫做彈性散射或瑞利散射。但有極少數的散射光具有不同的頻率,這種現象叫做拉曼散射,以紀念第一位從實驗上觀察到這個散射現象的印度科學家拉曼(C. V. Raman)。1928年拉曼以水銀燈照射苯等液體后發現了這個效應,即在頻率為ω0的瑞利散射兩側對稱地排列著數條拉曼散射偏振線,頻率分別為ω0-ω和ω0+ω,其中ω為介質的元激發頻率,它們的頻移量與紅外振動頻率相等。幾乎與此同時,前蘇聯的物理學家曼杰斯塔姆(L. I. Mandelstam)和蘭茨別爾格(G. S. Landsberg)在石英晶體中也觀察到了類似的現象,它們是由光學聲子引起的拉曼散射。拉曼因上述發現和他在分子散射方面的大量研究成果而獲得1930年的諾貝爾物理學獎。

拉曼散射本質上是單色光與分子或晶體發生非彈性散射的結果。拉曼散射的發生是由于介質分子本身振動或轉動,而造成入射光子和介質分子之間交換能量,使得散射光能量發生轉變。振動拉曼譜線的數目、頻移、強度直接與分子的振轉能級有關。因此,研究拉曼光譜可以有效地研究分子結構,分子振動能級、轉動能級,分子中各種功能基或化學鍵位置的確定,以及復雜混合分子的定量分析和位置鑒定。除了已有的線性拉曼光譜技術,后來還發展了多新的線性和非線性激光拉曼光譜技術。拉曼散射光譜技術是從事科研的重要工具,被廣泛地應用于物理、化學、生物、地學、生命科學以及環境科學等研究領域。

二、實驗目的

1. 掌握拉曼散射的基本原理,學會根據所測的拉曼散射光譜來辨別譜線的簡正振動類型。

2. 掌握拉曼散射光譜的實驗技術。

三、實驗原理

當受光照射時,介質會對光產生散射。相對于入射光的頻率或波數改變,可將散射分為三類。第一類是散射光的頻率與入射光頻率差值小于3×105Hz,相應波數的差值小于10-5cm-1,通常稱它為瑞利(Rayleigh)散射;第二類是頻率變化約為3×109Hz,波數變化約為0.1cm-1,

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