激光拉曼光谱实验讲义

激光拉曼光谱实验讲义

一 实验目的

1、 了解拉曼散射的基本原理

2、 学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。

二 实验仪器

RBD 型激光拉曼光谱仪

三 实验原理

当波束为0ν的单色光入射到介质上时，除了被介质吸收、反射和透射外，总会有一部分被散射。按散

射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为三类：第一类，其波数基本不变或变化小于5110cm --，这类散射称为瑞利散射；第二类，其波数变化大约为10.1cm -，称为布利源散射；第三类是波数变化大于11cm -的散射，称为拉曼散射；从散射光的强度看，瑞利散射最强，拉曼散射最弱。

在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。

在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。当入射的光量子与分子相碰撞时，可以是弹性碰撞的散射也可以是非弹性碰撞的散射。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，光量子转移一部分能量给散射分子，或者从散射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12E E E ?=-，当光量子把一部分能量交给分

子时，光量子则以较小的频率散射出去，称为频率较低的光（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1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-?；当分

子已经处于振动或转动的激发态1E 时，光量子则从散射分子中取得了能量E ?（振动或转动能量），以较

大的频率散射，称为频率较高的光（反斯托克斯线），这时的光量子的频率为0ννν'=+?。如果考虑到更

多的能级上分子的散射，则可产生更多的斯托克斯线和反斯托克斯线。

最简单的拉曼光谱如图2所示，在光谱图中有三种

线，中央的是瑞利散射线，频率为0ν，强度最强；低频

一侧的是斯托克斯线，与瑞利线的频差为ν?，强度比

瑞利线的强度弱很多，约为瑞利线的强度的几百万分之

一至上万分之一；高频的一侧是反斯托克斯线，与瑞利线的频差亦为ν?，和斯托克斯线对称的分布在瑞利线两侧，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为0νν±?，ν?称为拉曼频移，这种频移和激发线的频率

无关，以任何频率激发这种物质，拉曼线均能伴随出现。因此从拉曼频移，我们又可以鉴别拉曼散射池所包含的物质。

拉曼散射强度正比于入射光的强度，并且在产生拉曼散射的同时，必然存在强度大于拉曼散射至少一千倍的瑞利散射。因此，在设计或组装拉曼光谱仪和进行拉曼光谱实验时，必须同时考虑尽可能

增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光，提高仪器的信噪比。拉曼光谱仪一般由图3所示的五个部分构成。

1．光源

它的功能是提供单色性好、功率大并且最好能多波长工作的入射光。目前拉曼光谱实验的光源己全部用激光器代替历史上使用的汞灯。对常规的拉曼光谱实验，常见的气体激光器基本上可以满足实验的需要。在某些拉曼光谱实验中要求入射光的强度稳定，这就要求激光器的输出功率稳定。

2．外光路

外光路部分包括聚光、集光、样品架．滤光和偏振等部件。

(1) 聚光：用一块或二块焦距合适的会聚透镜，使样品处于会聚激光束的腰部，以提高样品光的辐照功率，可使样品在单位面积上辐照功率比不用透镜会聚前增强105倍。

(2) 集光：常用透镜组或反射凹面镜作散射光的收集镜。通常是由相对孔径数值在1左右的透镜组成。为了更多地收集散射光，对某些实验样品可在集光镜对面和照明光传播方向上加反射镜。

(3) 样品架：样品架的设计要保证使照明最有效和杂散光最少，尤其要避免入射激光进入光谱仪的入射狭缝。为此，对于透明样品，最佳的样品布置方案是使样品被照明部分呈光谱仪入射狭缝形状的长圆柱体，并使收集光方向垂直于入射光的传播方向。几种典型样品架的空间配置参见图4。

(4) 滤光：安置滤光部件的主要目的是为了抑制杂散光以提高拉曼散射的信噪比。在样品前面，典型的滤光部件是前置单色器或干涉滤光片，它们可以滤去光源中非激光频率的大部分光能。小孔光栏对滤去激光器产生的等离子线有很好的作用。在样品后面，用合适的干涉滤光片或吸收盒可以滤去不需要的瑞利线的一大部分能量，提高拉曼散射的相对强度。

(5) 偏振：做偏振谱测量时，必须在外光路中插入偏振元件。加入偏振旋转器可以改变入射光的偏振方向；在光谱仪入射狭缝前加入检偏器，可以改变进入光谱仪的散射光的偏振；在检偏器后设置偏振扰乱器，可以消除光谱仪的退偏干扰。

3．色散系统

色散系统使拉曼散射光按波长在空间分开，通常使用单色仪。由于拉曼散射强度很弱，因而要求拉曼光谱仪有很好的杂散光水平。各种光学部件的缺陷，尤其是光栅的缺陷，是

仪器杂散光的主要来源。当仪器的杂散光本领小于10-4时，只能作气体、透明液体和透明

晶体的拉曼光谱。

4．接收系统

拉曼散射信号的接收类型分单通道和多通道接收两种。光电倍增管接收就是单通道接收。

5．信息处理与显示

为了提取拉曼散射信息，常用的电子学处理方法是直流放大、选频和光子计数，然后用记录仪或计算机接口软件画出图谱。

四 实验装置：

(一)、仪器结构

RBD-Ⅲ型激光拉曼分光计仪器的总体结构如图5所示。

仪器的外形示意图见图5所示。仪器配套实验台，各分部件安装于实验台上，实验台结实平

稳，满足精度光学实验的要求。

(二)、主要部件分述

1、 氦氖激光器

HN1200型激光器是增益长度为一米的单毛细管全外腔氦氖气体激光器。输出波长为6328A 的红光。它不仅具有一般气体激光器应有的亮度高，方向性好、单色性好和相干性好的特点，还有以下的独到之处：

采用共焦型球面扫描干涉仪进行模式检测，保证激光输出模式为基横模(TEM00模)；工作寿命高于一万小时；谐振腔设计合理，简单可靠，机械稳定性很高；腔体和壳体动态联接，保证激光输出功率稳定性在长时间内优于土3%；予热时间短，20分钟后便达到稳定状态；腔调节为正交调节，调节方便，易于使用者掌握和调整；配用JD型的氦氖激光电源，采用自触发式，匹配合理，有利于延长激光器使用寿命。其结构见图7。

1．使用方法

经过装箱运输的激光器，开箱后小心搬出，切勿碰到前端的调节钮。将激光器平放在实验台上，调节四脚使之放置平稳。打开激光器外罩，检查放电管、防尘套、电极引线、磁铁等是否完好。将电源与激光头接好，正负极勿接错，黑钮、蓝线为负，红钮、红线为正。通电，指示灯亮，慢慢旋转可调变压器，直至点燃激光管，并将电流调到最佳工作电流值。一般情况有激光输出，待预热20分钟后功率可达到指标。

预热后功率不够大时，用功率计监视反复仔细调端面的X轴、Y轴的调节钮。调至功率最大。端板上面的钮为X轴，下面的纽为Y轴。

关机不必旋转可调变压器到零，下次使用直接开机即可工作。

当使用一段时间后，输出光功率下降，旋转调节钮无效。首先检查布懦斯特窗和反射镜片是否清洁，苦不清洁可以看到表面的散射光点很强，可用脱脂棉如人1:1分析纯的无水乙醇和乙醚混合液轻轻擦，使表面无尘点，并观察功率使之升高。

若功率还达不到指标，可用功率计监视着将全反端的其中一个调节钮(如X轴)按一方向(如顺时计)旋动一下，使功率下降一些，然后调输出端与之对称的调节钮(也是X轴)，使功率上升。若功率此原来的高，可继续这样反复操作。若功率下降，则按上述过程反方向(逆时针)旋动调节纽，以达到功率最大值。用同样的方法调节另外两端对称的调节钮(Y轴)，使功率达到最大值。这种方法叫跟踪调节。

若开机预热后不出激光，可首先用十字小孔光靶分别观察两端的反射镜有无严重失调，先调失调的那端。若还不出光，则用光靶反复调节两端，使之出光。然后再按前面的跟踪调节方法操作，调到功率最大。

有关调光的工作原理和使用方法，请详见“HN1200型氦氖激光器使用说明书”。

注意事项:

工作房间内要清洁，不应有明显振动，湿度小于80%，当湿度过大时，必须经常点燃。

电源输出高压的正负极切勿接错，否则会烧坏放电管。

在搬动时，取下正负高压引线，需要将激光电源输出两端放电，消除机内电容中的余电，防止触电。

激光电源装有自触发电路，空载时，输出电压远超过正常工作电压，应避免空载开机升压。

激光器搬动过程中，切勿碰调节钮，以防反射镜失调而不出光。

在使用过程中需要调节时，一定在予热时间过后进行。

在清洁布懦斯特窗片或换反射镜片时，要在激光器点燃出光状态下，使用功率计监视进行。

如放电管放电不正常，放电辉光有闪耀现象，应迅速关机，检查原因，长时间闪耀会损坏管子。

机内的放电管（毛细管）是四点支撑，每支撑点可以调节。出厂时已经将毛细管校直，一般情况不必调节。

2、外光路系统：

ＲＢＤ－Ⅲ型外光路系统包括样品照明入射光路，样品散射光收集光路和样品台三部分。由于集光镜架的接口是标准的相机接口，所以更换集光镜或改变集光镜位置都能很方便地达到改变集光镜相对孔径、

图8 RBD-Ⅲ型外光路结构剖视图

聚光镜工作距离、最佳适用谱仪的相对孔径等参数。光路系统的结构剖视图见图8。

在此图中，各零件的名称说明如下：

（1）样品照明入射光路：

1-1. 转向棱镜及调节架；1-2. 偏振旋转器；

1-3. 聚焦透镜及其调节架；1-4. 入射光凹面反射镜及其调节架；

（２）样品信息收集光路:

2-1. 散射光凹面反射镜及其调节架；2-2. 集光镜及其调节架；2-3. 检偏器

（３）样品台部分:

3-1. 五维精密调节样品平台；3-2. 垂直毛细管样品架；3-3. 水平毛细管样品架；

3-4. 斜入射样品架；3-5. 背散射样品架；3-6. 液体池样品架；

3-7. 透明固体样品架

（４）箱体部分

4-1. 基础板；4-2. 箱盖

外光路的调整:

调整外光路时，一般应把所有光学件都自支架或镜筒上取下，具体调整方法在此介绍两种：

第一种方法：

（1）利用水准器，通过调节实验台的地脚螺丝，使基础板（4-1）平面处于水平状态。

（2）调节激光器光束的出射方位和转向棱镜(1-1)三个调节螺丝(一个调水平方问移动，二个调俯仰)，使激光束正好穿过装在偏振旋转器（1-2）上的光档孔。此时入射激光束已调垂直并正好处于样品照明位置。至此，样品照明用激光已调整完毕。

（3）为联接外光路与光谱仪，首先应把金属光栏板安在集光镜座(2-2)上。然后使一光束(如He-Ne激光束，小激光器)正好通过上述光档板的中心孔和固定在样品平台支座(3-1)上的光栏孔。这时，该水平激光束应正好与垂直入射的样品照明激光束相交。然后，通过调节光谱仪的准直管光轴与该水平光束共轴。此时，即完成了联接外光路与光谱仪的调整工作。在装上有关光学件和样品架后，外光路即进入工作状态。

第二种方法：

（1）设一水平基础光束（如He-Ne激光），该光束应通过光谱仪入射狭缝中心，与光谱仪准直管光轴共轴。（2）安好集光镜座(2-2)上光栏板。调整外光路箱体在空间的位置，使水平基准光束正好穿过上述光栏板的光栏孔和附在样品台(3-1)上的光栏孔；与此同时，应保证使偏振旋转器(1-2)的底座平面也同时处于水平状态。

（3）做第一种方法所列的第２、3项中的调整工作。

外光路的操作:

图

9 单色仪光学系统图

（1）需要改变入射激光的偏振方向，可转动偏振旋转器(1-2)。 在激光器输出激光是水平偏振光时，旋转器刻线方向指示入射激光的偏振方向，偏振旋转器底座下的相邻刻线，代表偏振方向差９０°。

（2）根据样品特点和照明要求，选择所需样品架置于样品台上。

（3）集光镜调焦，细调机构在集光镜筒上。集光镜筒内有可变光栏，可按工作需要自行选择集光镜的孔径。

（4）发现样品没有成象于狭缝上，可以调节集光镜调节架上的调节螺丝，把象移到入射狭缝上。改变收集光路的检偏方向，只需把检偏器（2-3）从其支架上取出，转９０°再插入支架。

（5）有的工作并不需要入射光和散射光凹面反射镜(1-4)和(2-1)，可把它们取下不用。

（6）如做光谱用的激光器的输出激光不是完全的平面偏振光时，可用起偏器使其变成完全的平面偏振光。配用激光器激光为完全的偏振光时，不再配有起偏器。

（7）当入射光是发散光束（如来自前置单色器）的光束时，可使用第一聚焦镜，帮助入射光的聚焦。配用激光器时，不再配有第一聚焦镜。

调整和使用中注意事项:

（1）为了调整工作方便，做上述调整工作时，打开前箱盖即可。

（2）光学件表面蒸镀有增透膜或保护膜，使用时应认真保护，经常保持洁净，使尽量少落尘埃。更切忌刻伤或与油脂、酸碱等类物质接触（如用手摸）。万一发生上述情况，只允许用吹气球吹拂或用软物（如长绒棉沾酒精乙醚溶液）刷洗。

3、单色仪（WDS —3型）：

WDS —3型光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以把紫外、可见及红外三个光谱区的复合光分解为单色光。其光学系统为李特洛式光学系统，见图9。这种系统结构简单，尺寸小，像差小，分辨率高。用户可根据使用波段的不同，很方便地更换光栅。

1)．工作原理：光源或照明系统发出的光束均匀地照射在入射狭缝上，入射狭缝位于的离轴抛物镜焦面上。光经过离轴抛物镜平行照射到光栅上，经过光栅衍射回到离轴抛物镜，再经过反光镜会聚到出射狭缝上，最后到光电接收元件（光电倍增管）上。由于光栅的分光作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。当光栅转动时，从出射狭缝出来时光由短波到长波依次出现。

2)．操作控制：单色仪由计算机软件RBD2000控制操作。单色仪的计算机控制操作见计算机控制系统部分的说明。当计算机软件与控制箱内的单片机系统联机通讯出现问题时，可按下控制箱的“复位”按键，使得控制箱内单片机恢复正常。注意在正常测量过程中，不要随意按下，否则试验出现异常终止。3)．仪器的正常维护：单色仪是精密光学仪器。光学另件表面如有灰尘，不允许接触擦拭，可用干净的洗耳球小心吹掉。

如狭缝脏污时要小心地用脱脂毛笔除去灰尘。如有其它不干净东西落在缝片上，可用柳木棒修尖，在缝片中间单方向小心地由上往下拉动。

仪器搬动时，不应有剧烈的振动。

仪器长期不使用时，应将狭缝关小。

仪器的正常工作条件：室温5~35°C; 室内相对湿度不超过85%；仪器不应受到影响使用的震动；室内无腐蚀性气体；室内无强烈电磁场干扰。

4、信号采集系统：

1)、GDB—432型光电倍增管

GDB—432型光电倍增管具有端窗式锑钾钠铯光电阴极，其光谱响应范围为300—850nm，峰值波长为420±20nm，并采用静电聚焦栅盒式11级倍增系统。具有宽广的光谱响应特征，较高的红白比、增益高、暗电流低、工作稳定等特点，是理想的微光接收器件。

光电倍增管对光的响应极为灵敏，不使用时应避光保存，管子曝光后应在黑暗中存放适当时间方可使用。任何与玻璃外壳相接触的材料，宜保持光电阴极电位，否则可能导致工作不稳定并使暗电流增大。

电源极性一般采用负高压。

2)、线性脉冲放大幅度分析器

主要用于闪烁探测器等输出信号的成形和放大，以及对被测脉冲进行幅度和强度分析。具有很好的线性和稳定性。

（1）工作原理：

整个脉冲放大部分由微分放大极性转换、积分放大级、放大成形级、基线恢复级等组成。从探测器来的信号首先经一次微分放大，并将其极性转换，由负脉冲信号变化为放大的正脉冲信号，交于下一级。积分放大成形级通过调整波段开关可达到调整放大倍数的目的。放大成形级是同向放大器，同时又是一个二阶压控电压源低通滤波器，达到放大滤波作用。基线恢复级可以保证输出直流电平的稳定，又为下一级输入电路提供足够的电流，提高带负载能力，保证基线的平稳。

脉冲幅度分析器主要由上、下甄别及反符合门组成。在微分测量时，“微分”、“积分”的开关扳到“微分”档，经放大的输入脉冲加到上、下甄别器上。若下甄别阈为E1，上甄别阈为E2，则道宽E0=E2-E1。如果输入脉冲幅度V0大于E1，而小于E2，则只有下甄别脉冲输出，经反符合到输出成形，输出为6V 的正脉冲。如果V0同时大于E1、E2，则上、下甄别同时有宽度相等的正脉冲输出，并都加到反符合电路，故没有脉冲输出。因此，只有E1

在积分测量时，“微分”、“积分”的开关扳到“积分”档，上甄别器的输出不进入反符合，只要下甄别有输入，就进入成形，经反复合，输出正脉冲。即脉冲不进行上甄别，即道宽不起作用。

（2）使用方法及注意事项：

1）放大倍数已固定为100倍。

2）微分测量时，把开关扳到“微分”位置；做积分测量时，把开关置于“积分”位置。

3）阈值的调节：在积分状态，噪声计数小于10。

4）道宽的调节：在微分状态，置于图谱主峰位，通过调节道宽，使当前计数为同条件下积分状态的90%。

5）波段开关和十圈电位器的调节注意不要读错，调节时要轻，不要太用力，以防损坏。

6）输入输出插孔不要插错，以防损坏仪器。

7）特别提示：光电倍增管与电器控制箱中的高压与信号线切勿接错。

3)、高压稳压电源部分

它能提供1500V负极性的稳定直流高压，供给光电倍增管。高压调节电位器装在前面板上，高压的精确指示值由十圈刻度盘来实现，即一圈为150V。高压输出端插座位于仪器的后面板上。

仪器在使用前，将调节电位器旋至所需的电压值，并将高压负载(光电倍增管)接上，仪器预热20分钟即可使用。

仪器高压电路的短路保护性能是其固有特性，但使用时仍应避免输出端短路，尤其不允许输出端长期短路。接通高压前．首先应接好高压输出端的连接电缆，使用过程中，不准带电拨下或接入负载，以防触电。

五实验内容和步骤

(一)、调试、实验谱图

1、光路调节（详见外光路系统）

调节激光管、转向棱镜上的调节螺丝，使激光束通过小孔光栏，激光束处于铅垂位置。安装集光镜（2-2）和聚焦透镜（1-3）调节集光镜支架上的调节螺丝，支架固定螺钉和集光镜调焦圈环，使激光束成象在单色仪入射狭缝上，光路初调完成。

1、电气调节

由于运输或放置时间较长。开机时往往电噪声较高，应开机预热4—8个小时或更长。各电器插件的旋钮位置，即匹配值，以原调试时记录标注的数值为基础。当电噪声下降后，就进入作谱图阶段。

脉冲幅度分析器一般位置于“微分”状态。

光子计数器操作的核心问题是使谱线信号与本底背景的比值最大，这可以通过正确选择光电倍增管的高压、线性脉冲放大器放大倍数与脉冲幅度分析器阈值、道宽的合理组合来达到。调试后，应记录下这些数值。

3、作谱图

激光器运输后，由于振动原因，谐振腔准直性要降低，甚至开机后不出激光，应按说明书给出的方法进行调试。利用激光功率计监测功率。每次开机需有半小时左右的预热时间。本激光器可调到36mW左右。为使激光器使用寿命延长，一般输出出流在16mA左右，不宜在超过18mA以上长期使用。

取出1支液体样品管（共4支）。用分析纯乙醇清洗内外壁，待挥发之后，倒入样品（如四氯化碳分析纯）。将样品管固定在样品架上，再放入样品台上，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。

调节样品台和聚光透镜的上下左右调节微调部件，使聚焦后的光束最细的部位于集光镜和单色仪的光

轴上。样品被照明部分通过集光镜，清晰地成像于单色仪狭缝上。反复调节集光镜前后左右的位置，只要细致观察样品在狭缝上的像就能达到这一目的。

调节偏振旋转器，使激光的振动极大值方向于单色仪光轴方向一致，样品在狭缝上的像亮度最大。

将单色仪转到6519A附近，入射狭缝开在250—300μm。以后逐步关小至100--150μm。

开启高压电源（负极性），此时应有强拉曼谱线的峰，调节集光镜架上的微调螺钉，使聚焦在单色仪入射狭缝的象对称分布。

当作全波段，即收集斯托克斯区和反斯托克斯区拉曼区拉曼散射图时，应注意6328A附近强烈的瑞利散射。一般可采用分段扫描方法，以免使光电信增管过载疲劳，影响接收拉曼散射时的精度。

4．使用要点

（1）样品准确地成象于单色仪入射狭缝是非常重要的。为此一般通过肉眼观察狭缝上散射体的照明象，或监视光电检测信号的强度变化。可以在光谱仪扫描至某一谱线时再微动集光镜的位置，做进一步的检查和必要的修正，

（2）正确地选择单色仪的狭缝宽度，一般情况出射与入射狭缝宽度相同。入射狭缝开启宽度要考虑到谱线宽度，信号强度和散射光的信躁比，通常的开启宽度在100~300μm之间。

（3）光电倍增管的电源高压，应选一最佳值，使其增益最大，而噪声最小。

5．注意事项

（1）光电指标是互相关联，又互相制约的，应通过不断摸索找出最佳值。

（2）作谱图时，特别刚倒入样品1—2小时内，经常出现不应有的峰，这是由于样品中含有悬浮物引起的散射，当然还可能有大气中尘埃造成的散射。

（3）本仪器可在一般照明条件下收集拉曼散射，但仍应避免强光直接照射，以免光噪声的增强。

（4）光电倍增管及其与单色仪出射狭缝接口处发生漏光是直接进入光电管的，应特别引起注意。

（5）尘埃会使光学部件性能变坏，尘埃产生的散射将严重的增加光谱仪噪声的背景。因而拉曼分光计应在少尘的室内使用。

（6）拉曼分光计是精密的光学系统。因此要注意防震，工作时仪器外光路的门、盖要轻开轻闭。(二)、实验内容

1．基本实验：记录CCl4分子的振动拉曼谱

（1）要求完整记录包括瑞利线和斯托克斯、反斯托克斯线的振动拉曼谱，体验拉曼光谱的基本实验技术和认识拉曼谱的主要特点及其与分子结构的联系。

（2）拉曼光谱仪的外光路调节到使入射激光束铅垂地通过需要放置样品的中心，并且样品最佳地成像于单色仪入射狭缝。

（3）合适地调节信号接收系统的各项参数，使谱图的基线位于记录纸宽度的1/10一1/8处，而最强拉

曼线的尖峰位于以2/3一3/4处。调节单色仪的扫描速度，使谱线的轮廓对称和宽窄合适。

（4）分别记录单色仪狭缝为125μm和50μm（入射和出射狭缝相等）时的谱图。

（5）实验报告要求记录所有实验参数，特别要标明狭缝的几何宽度和波长扫描范围；在谱图上把波长标度换成波数差标度，在各谱线峰尖处标出其波数差值；比较各谱钱实测的相对强度，辨认各谱线对应的简谐振动类型。

（6）观察并报告入射光偏振方向改变时，样品照明状况有何不同，并解释其原因。

2．选做实验I：记录CCl4分子的偏振斯托克斯拉曼谱

要求细心地记录CCl4分子的偏振斯托克斯拉曼谱，用退偏度分析振动的对称性质。操作步骤与方法和基本实验相同，不同的是要放入偏振方向垂直于散射平面的检偏器。实验时狭缝取125一250μm 。

实验报告要求求出各谱线的退偏废，标出各谱线的对称性。说明本实验所得的偏振强度是否要根据谱仪效率曲线作修正，并解释其原因。

3．选做实验II：用拉曼光谱识别化学样品

要求：记录两个化学试样的拉曼谱，并根据标准谱图进行识别。

操作步骤与方法和基本实验相同，但狭缝宽度及相应的其它参数需视具体情况很好选择。

实验报告要求，根据标准谱图，在谱图记录纸上标明样品所含的化学成分的数目及名称。

拉曼光谱

拉曼光谱实验报告 一、实验目的 1. 了解拉曼光谱的基本原理、主要部件的功能； 2. 了解拉曼光谱对所观察与分析样品的要求； 3. 了解拉曼光谱所观察材料的微观组织结构和实际应用； 4. 初步掌握制样技术和观察记录方法 二、实验仪器原理 1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，同年稍后在苏联和法国也被观察到。在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0－υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0+υ1又称为反斯托克斯线。靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0－υ1的光子（即吸收的能量大于释放的能量），同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0+υ1的光子（即释放的能量大于吸收的能量），同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线)。分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。 拉曼效应起源于分子振动（和点阵振动）与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。用虚的上能级概念可以说明了拉曼效应： 设散射物分子原来处于基电子态，当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态（Virtual state），虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。

拉曼光谱解读

激光拉曼光谱 [实验目的] 1、学习使用光谱测量中常用的仪器设备； 2、测量4CCl （液体）的拉曼光谱； 3、学习简单而常用的光谱处理方法，并对4CCl 的拉曼光谱进行处理，求出4CCl 的主要拉曼线的拉曼位移。 [拉曼光谱基本原理] 1、 现象 频率0v 的单色辐射入射到透明气体、液体或光学上完整透明的固体上时，大部分辐射无改变地透过，还有一部分受到散射。其中将出现频率为0m v v ±的辐射对。这种辐射频率发生改变的散射成为拉曼（Raman ）散射；还有辐射频率不发生改变的散射称为瑞利散射。一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱，即0v 和0m v v ±合起来构成拉曼光谱。0v 称为瑞利线，0m v v ±称为拉曼线，m v 称为拉曼位移。且频率为0m v v -的拉曼线称为斯托克斯线，频率为0m v v +的拉曼线称为反斯托克斯线。瑞利散射的强度通常约为入射辐射强度的310-，强的拉曼散射的强度一般约为瑞利散射强度的310-， 2、 解释 对拉曼散射的完整理论解释是非常复杂的，限于篇幅这里不作介绍，请大家参看附后的有关参考书。下面用一个简单模型——散射系统与入射辐射之间的能量交换模型对其加以解释。 设散射系统有两个能级1E 、2E ，且有21E E >，210E E hv ->。由于入射辐射的相互作用，系统可以从低能级1E 跃迁到高能级2E ，这是必须要从入射辐射中获得所需能量21E E E ?=-。这个过程可以认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子，从1E 能级跃迁到某一更高能级（通常散射系统并没有这样一个能级，所

以称其为虚能级），然后，放出一个能量为0hv E -?的散射光子而跃迁到2E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h -??= =-=- 另一方面，如果散射系统处于激发能级2E ，由于相互作用的存在，它可以从高能级2E 跃迁到低能级1E 。此时系统必须把能量21E E E ?=-交给入射辐射。同样这一过程可认为是系统吸收一个能量为0hv 的入射光子。从2E 能级跃迁到某一高的虚能级，然后以放出一个能量为0hv E +?的散射光子而跃迁到1E 能级。此时，散射光子的频率可表述为： 000m hv E E v v v v h h +??==+=+ 以上的描述可用图1来直观表示。 拉曼散射所涉及到得能级1E 、2E ，一般为散射系统的振动、转动能级（对于分子系统而言），或为晶格振动能级（对于晶体而言）。即拉曼位移m v 通常对应系统的振动、转动频率或晶体振动频率。

拉曼光谱实验报告

拉曼光谱实验 姓名学号 何婷21530100 李玉环21530092 宋丹21530111 [实验目的] 1、了解Raman光谱的原理和特点； 2、掌握Raman光谱的定性和定量分析方法； 3、了解Raman光谱的谱带指认。 4、了解显微成像Raman光谱。 [仪器和装置] 1、显微Raman光谱系统一套，拉曼光谱仪的型号为SPL-RAMAN-785 USB2000+的拉曼光谱仪，自带785nm激光； 2、带二维步进电机平移台一台（有控制器一台）； 3、PT纳米线样品； 4、光谱仪软件SpectraSuite； 5、步进电机驱动软件； 6、摄像头（已与显微镜集成在一起）。 [实验内容] 1、使用显微Raman系统及海洋光谱软件对单根或多根纳米线进行显微Raman光谱测量， 对测量的图和标准图进行比较，并通过文献阅读对PT纳米线Raman（测量和标准）的谱峰进行指认。 2、使用显微拉曼扫描系统进行二维样品表面拉曼信号收集，并生成样品表面特定波长处的 拉曼信号强度三维图，模拟样品表面拉曼表征。选择多个拉曼波长对样品形状进行观察。[实验结果及分析]

观察PbTiO3的拉曼散射谱并比对具体的拉曼散射光谱数据进行分析，可以找到以上10个拉曼散射峰，分别位于784.54nm，794.94 nm，798.60 nm，802.90 nm，806.84 nm，811.91 nm，817.10 nm，825.29 nm，832.44 nm，879.69nm附近，对应的Raman Shift分别是-7.46 cm-1 159.28 cm-1 216.94 cm-1 284.00 cm-1 344.82 cm-1 422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-1 1371.21 cm-1。 （通过Raman Shift=1/λ入射-1/λ散射计算得到） PT纳米线Raman测量的谱峰指认： 分析可知，-7.46 cm-1 159.28 cm-1 216.94 cm-1 284.00 cm-1 344.82 cm-1 422.21 cm-1 500.44 cm-1 621.90 cm-1 725.97 cm-1附近的9个振动模，分别对应于PbTiO3的A1（1TO），E（1LO），E（2TO），B1+E，A1（2TO），E（2LO）+A1（2LO），E（3TO）A1（3TO），A1（3LO）声子模。 位于159.28 cm-1附近的模对应PbTiO3纳米线表面的TiO6八面体相对于Pb的振动；位于500.44 cm-1附近的模分别对应于表面Ti-O或Pb-O键的振动；位于725.97 cm-1附近的模对应于TiO6八面体中Ti-O键的振动。而位于284.00 cm-1的振动模为静模。此外，在725.97 cm-1处PbTiO3还具有额外的Raman振动模，可能与该相中含有大量且复杂的晶胞结构有关。据报道，复杂钙钛矿结构中氧八面体的畸变或八面体内B位离子的移动在某种程度上会破坏平移对称性，引起相邻晶胞不再具有相似的局部电场和极化率。 位于-7.46 cm-1处的拉曼峰强度增强，相比标准PbTiO3纳米线，其余拉曼峰强度均减弱。798nm处样品表面拉曼信号三维强度图：

激光拉曼光谱实验报告

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3Nd + ：4YVO 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4CCL 分子而得到的拉曼光谱，谱线很好地吻合了理论分析的4CCL 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，分别为、、、，和标准值0和比较偏大。 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（）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0υ相同的成分称为瑞利散射，频率对称分布在0υ两侧的谱线或谱带01υυ±即为拉曼光谱，其中频率较小的成分01υυ-又称为斯托克斯线，频率较大的成分01υυ+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。

激光拉曼实验报告

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CCL 4、苯C 6H 6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 hf t t E E h )('12-=-=ν 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ν ~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， 222211r m r m I += 可以证明 I P I E 2212 2= =ω2 2 2 121r r m m m m I μ=+= 2222 1212 1 kA kx mv E =+ = 2 12 1m m m m m += hf t E )2 1(+=m k f π21= ,3,2,)(1 ~12ωωωωλ ν =?=-'=-= =t c f t t hc E E

上式中ｒ１，ｒ２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I h 228π的２，４，６，８，···倍。 实验和理论都证明纯转动能级的跃迁只能在邻近能级之间，就是ΔＪ＝±１。所得 光谱的波长应该有下式表达的值： 谱线波数（ν ~）的间隔是相等的。ＨCL 分子远红外吸收谱中，曾观察到很多条吸收线，这些线的波数间隔应该是２Ｂ，实验测得：Ｂ＝１０．３４厘米 －１ ，所以由此求得 转动惯量Ｉ，进而求得ＨCL 分子中原子之间的核间距这一重要数据。 多原子分子的转动可以近似地看作刚体的转动，这涉及到多个转轴的不同的转动惯量。其谱线结构较为复杂，只有直线型的分子和对称高的分子转动曾研究出一些结果。在分析化学领域中提供了一些分析样品的标准特征谱线可供实验参照。 光通过透明的物体时，有一部分被散射。如果入射光具有线状谱，散射光的光谱中 除有入射光的谱线外，还另有一些较弱的谱线，这些谱线的波数ν '~等于入射光某一波数0~ν加或减一个数值，即10~~~ννν±='。新出现谱线的波数与入射光的波数之差发现与光源无关，只决定于散射物。如果换一个光源，0~ν不同了，但如果散射物不变换，那么0~~νν-'还是等于原来的1~ν，散射光的波数变动反映了散射物的性质。由于散射光的波数等于入射光的波数与另一数值1 ~ν组合的数值，所以这样的散射称作组合散射。 可以在紫外或可见区观测分子的振动和转动能级，通过选择波长在可见光波段的激 ,2,1,0,2) 1(=+=J h J J P π ) 1(82 2+= J J I h E πIc h B J BJ J J J J Ic h hc E E 2''''2'8, ,3,2,12)]1()1([8~1 ππνλ= ==+-+=-==

激光拉曼光谱仪实验报告

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CCL 4的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL 4、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21E E E -=?。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

拉曼光谱实验报告

成绩 评定 教师 签名 嘉应学院物理学院近代物理实验 实验报告 实验项目：拉曼光谱 实验地点： 班级： 姓名： 座号： 实验时间：年月日

图2 ν? 0ν ν? 斯托克斯线 瑞利线 反斯托克斯线 一、实验目的： 1、 了解拉曼散射的基本原理 2、 学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二、实验仪器和用具： RBD 型激光拉曼光谱仪 三、实验原理： 按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为瑞利散射、布利源散射、拉曼散射；其中瑞利散射最强，拉曼散射最弱。在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。 在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，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12E E E ?=-，当光量子把一部分能量交给分子时，频率较低的光为斯托克斯线，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1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-?；光量子从较大的频率散射，称为反斯托克斯线，这时的光量子的频率为0ννν'=+?。 最简单的拉曼光谱如图2所示，中央的是瑞利散射线，频率为0ν，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，强度比瑞利线的强度弱很多；高频的一侧是反斯托克斯线，强度比斯托克斯线的 图（1a ） 0h ν ()0h νν+? 0h ν ()0h νν-? 图（1b ） （上能态是虚能态，实 际不存在。这样的跃迁 过程只是一种模型实 际并没有发生） 0h ν 0h ν 0h ν 0h ν

激光拉曼光谱试验

拉曼散射是印度科学家Raman在1928年发现的，拉曼光谱因之得名。光和媒质分子相互作用时引起每个分子作受迫振动从而产生散射光，散射光的频率一般和入射光的频率相同，这种散射叫做瑞利散射，由英国科学家瑞利于1899年进行了研究。但当拉曼在他的实验室里用一个大透镜将太阳光聚焦到一瓶苯的溶液中，经过滤光的阳光呈蓝色，但是当光束进入溶液之后，除了入射的蓝光之外，拉曼还观察到了很微弱的绿光。拉曼认为这是光与分子相互作用而产生的一种新频率的光谱带。因这一重大发现，拉曼于1930年获诺贝尔奖。 激光拉曼光谱是激光光谱学中的一个重要分支，应用十分广泛。如在化学方面应用于有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子鉴定、分子结构等研究；在物理学方面应用于发展新型激光器、产生超短脉冲、分子瞬态寿命研究等，此外在相干时间、固体能谱方面也有广泛的应用。 实验目的：1、掌握拉曼光谱仪的原理和使用方法； 2、测四氯化碳的拉曼光谱，计算拉曼频移。 实验重点：拉曼现象的产生原理及拉曼频移的计算 实验难点：光路的调节 实验原理：[仪器结构及原理] 1、仪器的结构 LRS-II激光拉曼/荧光光谱仪的总体结构如图12-4-1所示。 2、单色仪 单色仪的光学结构如图12-4-2所示。S1为入射狭缝，M1为准直镜，G为平面衍射光栅，衍射光束经成像物镜M2汇聚，经平面镜M3反射直接照射到出射狭缝S2上，在S2外侧有一光电倍增管PMT，当光谱仪的光栅转动时，光谱信号通过光电倍增管转换成相应的电脉冲，并由光子计数器放大、计数，进入计算机处理，在显示器的荧光屏上得到光谱的分布曲线。 3、激光器 本实验采用50mW半导体激光器，该激光器输出的激光为偏振光。其操作步骤参照半导体激光器

激光拉曼光谱仪实验报告记录

激光拉曼光谱仪实验报告记录

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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CCL 4的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL 4、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21E E E -=?。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

拉曼光谱实验报告

嘉应学院物理学院近代物理实验 实验报告 实验项目：拉曼光谱 实验地点： 班级： 姓名： 座号：

实验时间：年月日 一、实验目的： 1、了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二、实验仪器和用具： RBD型激光拉曼光谱仪 三、实验原理： 按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为瑞利散射、布利源散射、拉曼散射；其利散射最强，拉曼散射最弱。在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。 在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，从而使它的频率改变，它取自或给

图2 ν?0νν? 斯托克斯线瑞利线反斯托克斯线予散射分子的能量只能是分子两定态之间的差值 12 E E E ?=-，当光量子把一部分能量交 给分子时，频率较低的光为斯托克斯线，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 1 E，如图（1b），这时的光量子的频率为 ννν '=-?；光量子从较大 的频率散射，称为反斯托克斯线，这时的光量子的频率为 ννν '=+?。 最简单的拉曼光谱如图2所示，中央的是瑞 利散射线，频率为 ν，强度最强；低频一侧的 是斯托克斯线，强度比瑞利线的强度弱很多；高 频的一侧是反斯托克斯线，强度比斯托克斯线的 强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克 斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯 线通常称为拉曼线，其频率常表示为 νν ±?，ν?称为拉曼频移。为尽可能地考虑增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光，提高仪器的信噪比。拉曼光谱仪一般由图3所示的五个部分构成。 仪器的外形示意图见图5所示。仪器配套实验台，各分部件安装于实验台上，实验台结实平稳，满足精度光学实验的要求。 图3 拉曼光谱仪的基本结构

激光拉曼光谱的原理和应用及拉曼问答总结(整理完毕)

激光拉曼光谱的原理和应用 当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会暗原来的发现透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。由于拉曼谱线的数目，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 推荐激光拉曼光谱法是以拉曼散射为理论基础的一种光谱分析方法。 激光拉曼光谱法的原理是拉曼散射效应。 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子只是发生改变方向的散射，而光的频率并没有改变，大约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不公改变了传播方向，也改变了频率。这种频率变化了的散射就称为拉曼散射。 对于拉曼散射来说，分子由基态E0被激发至振动激发态E1，光子失去的能量与分子得到的能量相等为△E反映了指定能级的变化。因此，与之相对应的光子频率也是具有特征性的，根据光子频率变化就可以判断出分子中所含有的化学键或基团。 这就是拉曼光谱可以作为分子结构的分析工具的理论工具。 拉曼光谱仪的主要部件有： 激光光源、样品室、分光系统、光电检测器、记录仪和计算机。 应用 激光拉曼光谱法的应用有以下几种：在有机化学上的应用，在高聚物上的应用，在生物方面上的应用，在表面和薄膜方面的应用。 有机化学 拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定的手段，拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是碇化学键、官能团的重要依据。利用偏振特性，拉曼光谱还可以作为顺反式结构判断的依据。 高聚物 拉曼光谱可以提供关于碳链或环的结构信息。在确定异构体（单休异构、位置异构、几何异构和空间立现异构等）的研究中拉曼光谱可以发挥其独特作用。电活性聚合物如聚毗咯、聚噻吩等的研究常利用拉曼光谱为工具，在高聚物的工业生产方面，如对受挤压线性聚乙烯的形态、高强度纤维中紧束分子的观测，以及聚乙烯磨损碎片结晶度的测量等研究中都彩了拉曼光谱。 生物 拉曼光谱是研究生物大分子的有力手段，由于水的拉曼光谱很弱、谱图又很简单，故拉曼光谱可以在接近自然状态、活性状态下来研究生物大分子的结构及其变化。拉曼光谱在蛋白质

激光拉曼光谱仪实验报告

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CCL的谱线； 【仪器用具】 LRS-3型激光拉曼光谱仪、CCL、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。 (1)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3X 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=E - E2。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Ei,这时的光子的频率为、-- ■'■：■■-（入射光的频率为\ 0）;

物理实验实验报告

物理仿真实验——拉曼光谱 一、实验目的： 1.拍摄拉曼光谱并观察； 2.学会推测出分子拉曼光谱的基本概貌，如谱线数目、大致位置、偏振性质和它们的相对强度； 3.从实验上确切知道谱线的数目和每条线的波数、强度及其应对应的振动方式。 4.以上两个方面工作的结合和对比，利用拉曼光谱获得有关分子的结构和对称性的信息。 二、实验原理 （1）拉曼效应和拉曼光谱:当光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼效应。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射，一般把瑞利散射和拉曼散射合起来所形成的光谱称为拉曼光谱。 （2）拉曼光谱基本原理: 设散射物分子原来处于基电子态，振动能级如下图所示。 当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起的极化可以看作为虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态，虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。

设仍回到初始的电子态，则有如图所示的三种情况。因而散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利线，后者称为拉曼线。在拉曼线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯线。 瑞利线与拉曼线的波数差称为拉曼位移，因此拉曼位移是分子振动能级的直接量度。下图给出的是一个拉曼光谱的示意图。 （3）拉曼效应的经典电磁解释：如分子，在激发光的交变场作用下发生感生极化，也就是正负电中心从相合变为相离，成为电偶极子。这感生电偶极子是随激发场而交变的，因此它也就是成了辐射体。简单的与激光同步的发射，就成为瑞利散射。然而分子本身有振动和转动，各有其特种频率。这些频率比激发光的频率低一两个数量级或更多些，于是激发光的每一周期所遇的分子振动和转动相位不同，相应的极化率也不同。 （4）当光入射到样品上时的三种情况： 1.光子同样品分子发生了弹性碰撞，没有能量交换，只是改变了光子的运动方向， 此时散射光频率=入射光频率:hv k =hv 1 ； 2.如频率为v 1的入射光子被样品吸收，样品分子被激发到能量为hv L 的振动能级 L = 1上，同时发生频率为v s=v1-v L的斯托克斯散射；

Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明

Renishaw显微共焦激光拉曼光谱仪操作说明 一、开机顺序 1、打开主机电源； 2、计算机电源 3、将使用的激光器电源 1）、514nm：打开激光器后面的总电源开关->打开激光器上的钥匙； 2）、785nm：直接打开激光器电源开关。 二、自检 1、用鼠标双击WiRE2.0 图标，进入仪器工作软件环境； 2、系统自检画面出现，选择Reference All Motors 并确定(OK)。系统将检验所有的电机。 3、从主菜单Measurement -> New -> New Acquisition 设置实验条件。静态取谱（Static），中心520 Raman Shift cm-1, Advanced -> Pinhole 设为in。 4、使用硅片，用50 倍物镜，1 秒曝光时间，100%激光功率取谱。使用曲线拟合（Curve fit）命令检查峰位。 三、实验 1、实验条件设置 1）、点击设置按钮（或者菜单中Measurement-->Setup Measurement），（设置）下列参数 2）、OK：采用当前设置条件，并关闭设置窗口；Apply：应用当前设置条件，不关闭窗口； 2、采谱：执行Measurement -> Run 命令。 四、关机 1、关闭计算机 1）、关闭WiRE2.0 软件； 2）、Start-->Shut Down-->Turn off computer。计算机将自动关闭电源。 2、关闭主机电源； 3、关闭激光器 1）、关闭钥匙； 2）、514 激光器散热风扇会继续运转，此时不要关闭主电源开关。等风扇自动停转后再关闭主电源开关； 五、注意事项 1、开机顺序：主机在前，计算机在后。 2、关机顺序：计算机在前，主机在后。514nm 激光器要充分冷却后才能关闭主电源。 3、自检：一定要等自检完成再做其他动作。不能取消（Cancel）。 4、硅片：514nm，自然解理线与横向成45 度时信号最强。780nm，(633nm,325nm)自然解理线与横向基本平行时信号最强。

拉曼光谱实验报告

拉曼光谱实验报告 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）

实验报告 实验项目：拉曼光谱 实验地点： 班级： 姓名： 座号： 实验时间：年月日 一、实验目的： 1、了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二、实验仪器和用具： RBD型激光拉曼光谱仪 三、实验原理： 按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为瑞利散射、布利源散射、拉曼散射；其中瑞利散射最强，拉曼散射最弱。在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散 射。

在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，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12E E E ?=-，当光量子把一部分能量交给分子时，频率较低的光为斯托克斯线，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1E ，如图（1b ），这时的光量子的频率为0ννν'=-?；光量子从较大的频率散射，称为反斯托克斯线，这时的光量子的频率为0ννν'=+?。 最简单的拉曼光谱如图2所示，中央的是瑞利散射线，频率为0ν，强度最强；低频一侧的是斯托克斯线，强度比瑞利线的强度弱很多；高频的 一侧是反斯托克斯线，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为0νν±?，ν?称为拉曼频移。为尽可能地考虑增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背

拉曼光谱实验报告

拉曼光谱实验报告

嘉应学院物理学院近代物 理实验 实验报告 实验项目：拉曼光谱 实验地点：

班级： 姓名： 座号： 实验时间：年月日 一、实验目的： 1、了解拉曼散射的基本原理 2、学习使用拉曼光谱仪测量物质的谱线，知道简单的谱线分析方法。 二、实验仪器和用具： RBD型激光拉曼光谱仪 三、实验原理：

按散射光相对于入射光波数的改变情况，可将散射光分为瑞利散射、布利源散射、拉曼散射；其中瑞利散射最强，拉曼散射最弱。在经典理论中，拉曼散射可以看作入射光的电磁波使原子或分子电极化以后所产生的，因为原子和分子都是可以极化的，因而产生瑞利散射，因为极化率又随着分子内部的运动（转动、振动等）而变化，所以产生拉曼散射。 在量子理论中，把拉曼散射看作光量子与分子相碰撞时产生的非弹性碰撞过程。在弹性碰撞过程中，光量子与分子均没有能量交换，于是它的频率保持恒定，这叫瑞利散射，如图（1a ）；在非弹性碰撞过程中光量子与分子有能量交换，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1 2 E E E ?=-，当光 量子把一部分能量交给分子时，频率较低的光为斯托克斯线，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1 E ，如图 （1b ），这时的光量子的频率为0 ννν '=-?；光量子 从较大的频率散射，称为反斯托克斯线，这时的 光量子的频率为0 νν ν '=+?。 最简单的拉曼光谱如图2所示，中央的是瑞利散射线，频率为0 ν，强度 最强；低频一侧的是斯托 克斯线，强度比瑞利线的强度弱很多；高频的一侧是反斯托克斯线，强度比斯托克斯线的强度又要弱很多，因此并不容易观察到反斯托克斯线的出现，但反斯托克斯线的强度随着温度的升高而迅速增大。斯托克斯线和反斯托克斯线通常称为拉曼线，其频率常表示为0 ν ν ±?，ν?称为拉曼频移。 为尽可能地考虑增强入射光的光强和最大限度地收集散射光，又要尽量地抑制和消除主要来自瑞利散射的背景杂散光，提高仪器的信噪比。拉曼光谱仪一般由图3所示的五个部分构成。

拉曼光谱常见问题汇总

拉曼光谱问题汇总 问题目录 一、测试了一些样品，得到的是Ramanshift，但是文献是wavenumber，不知道它们之间的转换公式是怎么样的？激光波长632.8nm。 二、如何用拉曼光谱仪测透明的有机物液体，测试时放到了玻璃片上测出来的结果是玻璃的光谱。 三、我们这里有做生物样品的拉曼光谱的，在获得的图里面有很强的荧光，有的说，如果拉曼得不到就用其荧光谱。可我想问一下，在拉曼谱里面得到的荧光背景，是真正的荧光特征谱吗？这和荧光光谱仪里面的荧光图有什么区别？ 四、什么是共焦显微拉曼光谱仪? 五、请问，测固体粉末的拉曼图谱时，对于荧光很强的物质，应该如何处理？特别是当荧光将拉曼峰湮灭时，应该怎么办？增加照射时间的方法，我试过，连续照射了4小时，结果还是有很强的荧光。我只有一台532nm的激光器，所以更换激光波长的方法目前我不能用。想问问各位，还有别的方法吗？ 六、请问用激光拉曼仪能测量薄膜的厚度、折射率及应力吗？它能对薄膜进行那些方面的测量呢？ 七、拉曼做金属氧化物含量的下限是多少? 我有一几种氧化物的混合物，其中MoO3含量只有5%，XRD检测不到，拉曼可以吗？ 八、小弟是刚涉足拉曼这个领域，主打生物医学方面。实验中，发现温度不同时，拉曼好像也不一样。不知到哪位能帮忙解释一下这个现象 九、文献上说，拉曼的峰强与物质的浓度是成正比关系，那么比如我配置1mol/L的某溶液，和0.5mol/L的溶液，其峰强度是正好一半的关系吗？应用拉曼，是否能采用峰积分，或者用近红外那样的多元统计的办法来定量吗？准确度怎么样？ 十、拉曼峰1640对应的是什么东西啊？无机的 十一、1 红外分析气体需要多高的分辨率？ 2 拉曼光谱仪是否可分析纯金属？ 3 红外与拉曼联用，BRUKER和NICOLET哪个好些？ 十二、我想请问一下这里的高手测定过渡金属络合物水溶液中金属与有机物中的某个原子是否成键可以用拉曼光谱分析吗？ 十三、金红石和锐钛矿对紫外Raman的响应差别大不大？同样条件下的金红石和锐钛矿的Raman峰会不会差很多？ 十四、什么是3CCD？ 十五、请教我所作的实验是用柠檬酸金属盐溶胶拉制成纤维，想做一下拉曼光谱来证明是否有线性分子的存在，可以吗 十六、在测量拉曼光谱仪的灵敏度参数时，有人提出，单晶硅的三阶拉曼峰的强度跟硅分子的取向（什么111，100之类）的有关，使用不同取向的硅使用与其相匹配的激光照射时，其强度严重不一样，是这样吗？不知道大家测量激光拉曼光谱仪的灵敏度时都是怎么测量的 十七、请问如何进行拉曼光谱数据处理？ 十八、拉曼系统自检具体是检测哪些硬件？是个什么过程？ 十九、请教作激光拉曼测试，样品如何预处理？ 二十、请问激光拉曼光谱是什么意思？ 二十一、请教喇曼谱实验时，如何选择激发波长，1064nm?还是785nm或633nm? 二十二、拉曼信号对入射角和出射角的响应又是什么样？我的样品是有衬底支持的薄膜样品（膜厚几百纳米--几微米），怎样扣除衬底的影响？ 二十三、微区拉曼和普通拉曼有区别吗，尤其在图谱上？多晶，单晶和非晶拉曼有何区别？ 二十四、我是做复合材料的研究的，主要是想研究纤维增强复合材料的界面性能？ 二十五、学校有一套天津港东的拉曼光谱仪，计划给学生开一个测量固体（或粉末）拉曼光谱的实验。试了几种材料都不明显，各位高人能推荐几种容易找到的象四氯化碳拉曼光谱那么明显的固体，晶体，或者粉末吗？ 二十六、我们研究小组新近涉及碳纳米管的领域。由于纳米管的Raman信号很弱，就是要重复不断的测试才能在1600cm－1的附近得到峰。请问具体操作条件应该怎么选。如laser的功率，解析度，扫描数scannumber等等，我们用的Raman仪器是(Brucker, RFS-100/S)。 二十七、激光拉曼光谱仪应该可以实现快速的定量分析，但经过前段时间一些咨询，使我对其是否可进行快速分析颇存疑问，尤其是气体分析。请问，一般来说分析一次样品（气体或固体）的时间是多长

激光拉曼光谱和红外光谱对比

激光拉曼光谱 原理：散射光与入射光之间的频率差v称为拉曼位移，拉曼位移与入射光频率无关，它只与散射分子本身的结构有关。拉曼散射是由于分子极化率的改变而产生的（电子云发生变化）。拉曼位移取决于分子振动能级的变化，不同化学键或基团有特征的分子振动，ΔE反映了指定能级的变化，因此与之对应的拉曼位移也是特征的。 特点：无须或极少准备样品；快速检测；操作简便。 应用：高分子构象研究；聚合物变形研究；医用高分子材料研究；研究生物大分子结构；络合物的组成、结构和稳定性的研究；矿石成分的定性分析。 显微拉曼光谱 特点：高分辨率；可进行显微成像测量，分辨率高，可对样品表面进行um级的微区检测；可进行显微成像测量。 应用：广泛用于新型复合材料，纳米材料和电极材料的研究。

红外光谱 原理：红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。 分类：根据红外波数测试范围，可以将红外光谱分为：近红外，中红外和远红外三种。 近红外光谱 近红外光是指波长在780～2526nm范围内的电磁波，近红外光谱的产生,主要是由于分子振动的非谐振性,使分子振动从基态向高能级的跃迁成为可能。在近红外光谱范围内,测量的主要是含氢基团XH(X=C、N、O、S等)振动的倍频及合频吸收。 近红外光谱分析的主要技术特点如下: (1)分析速度快。 (2)分析效率高。 (3)分析成本低。 (4)测试重现性好。 (5)便于实现在线分析。 (6)典型的无损分析技术。 (7)现代近红外光谱分析也有其固有的弱点。一是测试灵敏度相对较低,这主要是 因为近红外光谱作为分子振动的非谐振吸收跃迁几率较低,一般近红外倍频和合频的谱带强度是其基频吸收的10到10000分之一,就对组分的分析而言,其含量一般应大于0.1%;二是一种间接分析技术,方法所依赖的模型必须事先用标准方法或参考方法对一定范围内的样品测定出组成或性质数据, 因此