拉曼实验报告

东北师范大学研究生实验报告实验项目名称拉曼光谱实验课程名称现代物理实验方法姓名薛小丹学号2014101920专业凝聚态物理年级2014级院、所物理学院年月日2014.11.11研究生实验报告评价标准指标评价内容评价等级（分值）ABCD得分设计实验设计是否合理、可行；实验方法是否得当。20-1615-1110-65-0数据数据记录是否真实准确，数据处理是否科学。20-1615-1110-65-0结论结论是否明确；结果与数据是否统一。20-1615-1110-65-0规范文字表达是否准确、流畅；体例是否规范；是否符合学术道德规范。20-1615-1110-65-0能力是否体现了实验研究能力；是否运用了本门课程所学的理论知识。20-1615-1110-65-0评阅教师签名：年月日总分：东北师范大学研究生院制一实验目的：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；二实验原理：1.拉曼散射光照射介质时，除被介质吸收、反射和透射外，总有一部分被散射。散射光按频率可分成三类：第一类，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，或者说波数变化小于10-5cm-1，这类散射通常称为瑞利（Rayleigh）散射；第二类，散射光频率与入射光频率有较大差别，频率变化大于3×1010Hz，或者说波数变化大于1cm-1，这类散射就是所谓拉曼（Raman）散射；散射光频率与入射光频率差介于上述二者之间的散射被称为布里渊（Brillouin）散射。从散射光的强度看，瑞利散射的强度最大，一般都在入射光强的10-3左右，常规拉曼散射的强度是最弱的，一般小于入射光强的10-6。2.半经典理论解释拉曼散射频率为0的单色光，可以看做是具有能量0的光子，而光的散射是由于入射光子和散射物分子发生碰撞后，改变传播方向而形成的。图2是光散射机制半经典解释的一个形象表述，图中ijEE表示分子的两个振动能级，虚线表示的不是分子可能的状态，只是用以表示入射光子和散射光子的能量。碰撞如果是弹性的，如图（2a）则二者不交换能量，光子只改变运动方向而频率和能量都没有改变，这就是瑞利散射。而发生非弹性碰撞时，如图（2b），光子和物质分子交换能量，可以看成是入射光子的湮灭和另一个不同能量散射光子的产生，与此同时，分子能量状态发生了跃迁，导致拉曼散射光产生。当初态能级iE低于末态能级jE时产图（2a）图（2b）EjEi生斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为0ij；而初态能级jE高于末态能级iE时产生反斯托克斯拉曼散射，出射光子频率为0ij。根据统计分布规律，较高能级上的分子数低于低能级上的分子数，所以拉曼散射中，反斯托克斯线比斯托克斯线强度要小。4.拉曼散射的退偏度实验所测样品中，尤其是在液态与气态的介质中，分子的取向是无规则分布的。一般情况下，如入射光为平面偏振光，散射光的偏振方向可能与入射光不同，而且还可能变为非完全偏振的。这一现象称为散射光的“退偏”。散射光的退偏往往与分子结构和振动的对称性有关。拉曼散射光的偏振性完全取决于极化率张量。非对称振动的分子，极化率张量是一个椭球，会随着分子一起翻滚，振荡的诱导偶极矩也将不断地改变方向。为了定量描述散射光相对入射光偏振态的改变，引入退偏度的概念。退偏度即为偏振方向垂直和平行于入射光偏振方向的散射光强之比。三、实验内容及方法1.实验装置图3实验装置示意图2.实验内容四．【实验步骤】一、准备样品：用滴管将CCL4注入到药品管，然后将药品管放置在样品架上。二、打开激光器电源。三、调整外光路在单色仪的入射狭缝处放一张白纸观察瑞利光的成象，即一绿光亮条纹是否清晰。激光器成像透镜组单色仪PMT光子计数器计算器打印机M2样品池M1P3L1P1P2L2若清晰并也进入狭缝就不要调整。若不正常，按以下步骤进行调整：1.放入药品管之前观察激光束是否与底板垂直，若不垂直，进行调节。2.聚光部件的调整：将药品管放置在样品架上，调节样品台上的微调螺钉使聚焦后的激光束位于样品管的中心。3.集光部件的调整：集光部件是为了最有效的收集拉曼光。该仪器采用一物镜组及物镜2来完成。参阅下图：首先，拿一张白纸放在单色仪的入缝处，观察是否有绿色亮条纹象与狭缝平行。若此时绿色亮条纹清晰，并进入狭缝，就不需再调整了。若象清晰但未进入狭缝则可调整螺钉，让象进入狭缝。四、打开仪器的电源；五、启动应用程序，出现对话框，重新初始化（光栅重新定位）；六、在参数设置区设置阈值和积分时间及其他参数：七、单击“单程”扫描，获得谱图。八、与给定的标准谱图对照，峰值较低时，说明进入狭缝的拉曼光较少，进一步调整外光路。方法如下：利用“自动寻峰”找到最高峰值对应的波长，记录下来；单击“定点”，输入最高峰值对应的波长，输入时间长度100s。依次调节外光路中物镜的俯仰按钮，使对话框出现的能量（左边为时间，右边为能量）出现最大值。九、单击“检索”，对话框中输入波长515nm，单击“单程”扫描，获得谱图。十、存储打印（显示波长和峰值）；十一、关闭应用程序；十二、关闭仪器电源和激光器电源。四、数据处理及分析1．测量CCl4分子的振动拉曼散射谱测量CCl4的拉曼谱。在测量过程中，狭缝的宽度从比较大逐步减小，最终测得谱图。见附表2．测量CCl4分子的偏振斯托克斯拉曼谱操作步骤和方法与上面的实验相同，不同的是：（1）在实验时要加入偏振方向垂直于散射平面的检偏器；（2）在实验时加入偏振旋转器，并根据测量的要求改变偏振旋转器的位置。分别记录散射强度符号为的拉曼谱各一次。实验时狭缝宽度取值与2.1相同。特别要注意两次记录时狭缝的照明应处于同样的最佳状态，并保持其他参数完全一致。记录垂直于消光方向I⊥和平行于消光方向I∥。分别计算三个斯托克斯波的退偏比，利用ρΡ=I⊥/I∥计算，退偏比接近0表示此时的散射光是完全偏振的，该振动必是对称的；接近3/4表示这时散射光是完全退偏的，见下表。五、实验数据及结论：Δu平行光强垂直光强退偏比537.3nm532nm1.852156.01372.50.637540.1nm532nm2.821886.51410.70.748544.7nm532nm4.382976.0293.30.099本次拉曼光谱实验获得了成功，通过该实验，懂得了拉曼光谱实验仪的基本原理和构造，学会了光路的调节方法，掌握了该仪器软件的基本操作方法，认识到激光和一些物质分子相互作用后，会产生不同于入射激光波长的新的波长的光—拉曼光，认识到利用拉曼光谱仪可进行许多行业的科学研究，对许多行业的科研有重要的意义。