喇曼散射光譜的實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告

摘 要：本文在實(shí)驗(yàn)室里是以液體樣品四氯化碳溶液作為研究對象，利用測試裝置半導(dǎo)體激光喇曼光譜儀對樣品進(jìn)行掃描分析，從光譜中可以得到，四氯化碳溶液喇曼光譜中多條譜線關(guān)于中心線對稱分布，在光譜中有一條545 nm左右的光譜線在偏振片調(diào)整到某個(gè)角度時(shí)恰好消失，根據(jù)光學(xué)知識分析得到那條光譜線是線偏振光，因而得到四氯化碳溶液的喇曼散射光具有偏振性。

關(guān)鍵詞：喇曼光譜；四氯化碳；線偏振光；偏振片

一、 引言

喇曼光譜是分子或凝聚態(tài)物質(zhì)的散射光譜，入射光是強(qiáng)單色光，散射光除含有頻率未變的光即瑞利散射，還含有相當(dāng)弱的有頻率增減的光，其中帶有散射體結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的信息。喇曼散射是一種用得很多的分析測試手段，是一種光譜方法，光譜方法的優(yōu)越性無需細(xì)說。以前用可見和近紫外光譜分析原子，用紅外光譜分析分子和固體，但至今紅外光譜的綜合性能仍遠(yuǎn)遜于可見和近紫外光譜，而喇曼散射可以把處于紅外區(qū)的分子能譜轉(zhuǎn)移到可見光區(qū)來觀測且可通過選用光源而定頻段，其靈敏度足可檢出四氯化碳中萬分之一的雜質(zhì)苯。喇曼光譜作為紅外光譜的補(bǔ)充，是研究分子結(jié)構(gòu)的有力武器，喇曼光譜也是取得結(jié)構(gòu)和狀態(tài)信息的重要手段。

二、 實(shí)驗(yàn)原理

喇曼散射是光和物質(zhì)的相互作用引起的，光子和散射物質(zhì)分子碰撞過程中，物質(zhì)會從入射光子吸收部分能量，或把自身的部分能量加到入射光子身上去，再發(fā)射的光子便與原光子不相干，且形成新的譜結(jié)構(gòu)，當(dāng)光于與分子發(fā)生彈性碰撞，光子與分子間沒有能量交換，只是改變了光子的運(yùn)動方向，此時(shí)，散射譜線與入射光線頻率相同，這頻率未變的譜線就叫瑞利線，當(dāng)光子與分子發(fā)生非彈性碰撞，不僅使光子改變了其運(yùn)動方向，也改變了其能量，使散射光頻率ν與入射光頻率ν0不同，ν<ν0的譜線稱斯托克斯線，ν>ν0的譜線稱反斯托克斯線，斯托克斯和反斯托克斯線統(tǒng)稱為喇曼散射線，三種譜線頻率各為ν0和ν=ν0±Δν.喇曼散射躍遷能級變化如圖1所示。

三、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按照CCl4溶液的喇曼散射實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后得到如圖2所示的CCl4光譜。

利用軟件分析和演算得到部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1。

結(jié)合喇曼光譜圖和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到：（1）CCl4光譜上可以明顯地看到有三對譜線近似關(guān)于一條譜線對稱。這條被看成中心線的譜線實(shí)際是把入射的光波作為了中心點(diǎn)，這條譜線在喇曼光譜中就是瑞利線。（2）光譜中以入射光的波數(shù)為中心點(diǎn)，也就是其他數(shù)據(jù)對應(yīng)的零點(diǎn)作差，得到波數(shù)差。在多次改變實(shí)驗(yàn)的入射光頻率后都求其對應(yīng)的喇曼位移并比較大小，可以發(fā)現(xiàn)每次的喇曼位移近似相等，也就是說它和實(shí)驗(yàn)中入射光的改變沒有關(guān)系。（3）CCl4光譜上右邊1、2、3峰位對應(yīng)的譜線強(qiáng)度明顯強(qiáng)于左邊6、7、8峰位對應(yīng)的三條譜線強(qiáng)度。根據(jù)喇曼光譜圖的一些基本特征可知道，右邊光強(qiáng)較大的譜線是斯托克斯線，左邊則是反斯托克斯線。CCl4的喇曼光譜這三個(gè)特征是實(shí)驗(yàn)散射體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動狀態(tài)的具體反映。

四、 結(jié)論

本文利用半導(dǎo)體激光器對四氯化碳液體樣品進(jìn)行掃描測試，通過多次掃描得到較合理的喇曼散射圖譜和相關(guān)數(shù)據(jù)，最后對光譜結(jié)果的分析得到喇曼散射光譜是對稱分布在瑞利線兩側(cè)、其中光譜中有一條545nm左右的光譜線在偏振片調(diào)整到某個(gè)角度時(shí)恰好消失，根據(jù)光學(xué)知識分析得到那條光譜線是線偏振光，因而得到四氯化碳溶液的喇曼散射光具有偏振性以及譜線中存在費(fèi)米共振現(xiàn)象的驗(yàn)證結(jié)果。

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作者簡介：

張世軍，安徽省巢湖市，巢湖學(xué)院電子工程學(xué)院。