激光喇曼實驗講解課件

激光喇曼光譜（LaserRamanSpectroscopy）實驗?zāi)康模?、了解喇曼效應(yīng)的特征、量子理論以及產(chǎn)生條件；2、了解四氯化碳分子的簡正振動；3、學(xué)會根據(jù)四氯化碳分子喇曼光譜的峰位推斷出該峰所對應(yīng)的振動模式。激光喇曼光譜（LaserRamanSpectroscop1SirChandrasekhraVenkataRaman?SirChandrasekharaVenkataRaman(1888-1970)–NobelPrizeofphysicsin1930forthediscoveryoftheRamaneffect.C.V.Raman于1928年發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的非彈性散射現(xiàn)象，因這一重大發(fā)現(xiàn)他獲得了1930年度諾貝爾物理學(xué)獎。C.V.Raman是印度首位諾貝爾獎獲得者。喇曼效應(yīng)RamaneffectSirChandrasekhraVenkataRama2喇曼效應(yīng)Ramaneffect瑞利散射Rayleighscattering—由彈性散射引起的散射光散射光具有和入射光相同的頻率，強度為入射光強度的10-3

喇曼散射RamanScattering—非彈性散射的一種—若入射光的頻率為0，有非彈性散射引起的散射光，其頻率介于0

-

和0

+

之間，對稱地分布在瑞利散射光的兩側(cè)，強度為瑞利散射強度的10-3

~10-4

，為入射光強度的10-7

。喇曼效應(yīng)Ramaneffect瑞利散射Rayleigh3喇曼效應(yīng)Ramaneffect拉曼光譜線—斯托克斯線（stokesline）—反斯托克斯線（anti-stokesline）低于入射光頻率的散射線：0-

高于入射光頻率的散射線：0

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–斯托克斯線頻率，反斯托克斯線頻率與入射光頻率之差=(0

+

)-0

=[h(0

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)-h0]/h=(E1-E0)/h–喇曼頻移與入射光的頻率無關(guān)而與分子振動的能級有關(guān)喇曼頻移（Ramandisplacement）喇曼效應(yīng)Ramaneffect拉曼光譜線—斯托克斯線（s4喇曼效應(yīng)的量子理論光子與分子的相互作用—光子和分子間有能量交換—放出或吸收的能量只能是分子兩個能級之間的能量差h0h0h0h(0

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)E0E1

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)h0反斯托克斯線斯托克斯線喇曼效應(yīng)的量子理論光子與分子的相互作用—光子和分子間有能量交5喇曼效應(yīng)的量子理論喇曼光譜線—由于分子大都處在振動能級E0，斯托克斯線的強度遠大于反斯托克斯線的強度CCl4的喇曼光譜之斯托克斯線（紅）和反斯托克斯線（藍）喇曼效應(yīng)的量子理論喇曼光譜線—由于分子大都處在振動能級E06產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的條件分子在振動或轉(zhuǎn)動過程中，極化率發(fā)生變化是產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的必要條件。誘導(dǎo)偶極矩與外電場的強度之比為分子極化率分子中兩原子距離最大時，α也最大拉曼散射強度與極化率成正比例關(guān)系—極化率（polarizability）單位電場強度所感應(yīng)的電偶極矩μ＝αEα為極化率產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的條件分子在振動或轉(zhuǎn)動過程中，極化率發(fā)生變化是產(chǎn)7喇曼光譜與紅外光譜的區(qū)別分子在振動過程中，分子的極化率發(fā)生變化，屬于喇曼活性分子的全對稱振動和非極性基團的振動，使分子的極化率發(fā)生變化適用于研究同原子的非極性鍵：?C=C?C=C?,?N=N?,?S?S?.分子在振動過程中，分子的偶極矩發(fā)生變化，屬于紅外活性分子的非對稱振動和極性基團的振動，使分子的偶極矩發(fā)生變化適用于研究不同原子的極性鍵振動：?C=O,?OH,?C?X.喇曼光譜與紅外光譜的區(qū)別分子在振動過程中，分子的極化率發(fā)生變8CCl4分子的簡正模式CCl4分子的簡正模：〇代表C，代表ClCCl4分子的簡正模式CCl4分子的簡正模：〇代表C，代表9實驗裝置RBD型激光喇曼光譜儀總體結(jié)構(gòu)圖實驗裝置RBD型激光喇曼光譜儀總體結(jié)構(gòu)圖10實驗裝置5-1激光器5-2直角轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-3斜入射轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-4激光電源半導(dǎo)體激光器：

激光波長：532nm，綠光功率：>40mw高消光比，線偏振輸出，消光比（垂直偏振）>100:1功率高穩(wěn)定性：<±2%光束直徑：<1.0mm1、光源：實驗裝置5-1激光器5-2直角轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-311實驗裝置（２）樣品信息收集光路：2-1.散射光凹面反射鏡及其調(diào)節(jié)架；2-2.集光鏡及其調(diào)節(jié)架；2-3.檢偏器；2-4.凹陷濾波片及調(diào)節(jié)架（選購件）；（３）樣品臺部分:3-1.五維精密調(diào)節(jié)樣品平臺；3-2.液體管樣品架；（４）箱體部分4-1.基礎(chǔ)板；（1）樣品照明入射光路：1-1.偏振旋轉(zhuǎn)器；1-2.聚焦透鏡及其調(diào)節(jié)架；1-3.斜入射聚焦透鏡及其調(diào)節(jié)架；1-4.入射光凹面反射鏡及其調(diào)節(jié)架；2、外光路系統(tǒng)實驗裝置（２）樣品信息收集光路：（1）樣品照明入射光路：12實驗裝置3、色散系統(tǒng)光源或照明系統(tǒng)發(fā)出的光束均勻地照射在入射狹縫上，入射狹縫位于的離軸拋物鏡焦面上。光經(jīng)過離軸拋物鏡平行照射到光柵上，經(jīng)過光柵衍射到第二離軸拋物鏡，再經(jīng)過反光鏡會聚到出射狹縫上，最后到光電接收元件（光電倍增管）上。由于光柵的分光作用，從出射狹縫出來的光線為單色光。當(dāng)光柵轉(zhuǎn)動時，從出射狹縫出來時光由短波到長波依次出現(xiàn)。實驗裝置3、色散系統(tǒng)光源或照明系統(tǒng)發(fā)出的光束均勻地照射在入射13實驗裝置四、信號采集系統(tǒng)CR114/131型光電倍增管

線性脈沖放大幅度分析器

高壓穩(wěn)壓電源部分

五、接口電路

接口電路是激光喇曼光譜儀自動控制的基礎(chǔ)單元，是主計算機（PC機）與激光喇曼光譜儀的聯(lián)機接口。通過接口電路實現(xiàn)控制單色儀及采集數(shù)據(jù)的功能。接口電路的主要的功能如下：1.

一個步進電機的驅(qū)動電源，控制單色儀中光柵的轉(zhuǎn)動；2.

通過1個光電開關(guān)，確定單色儀波長“定位”，即回零位置；3.

采集、暫存、傳送衍射強度數(shù)據(jù)；4.

與主計算機的通訊，接收主機命令；顯示當(dāng)前波長或散射強度

實驗裝置四、信號采集系統(tǒng)CR114/131型光電倍增管線性14實驗內(nèi)容測量CCl4分子的振動喇曼散射譜要求：完整記錄包括瑞利線、斯托克斯線和反斯托克斯線的振動喇曼譜，體驗喇曼光譜的基本實驗技術(shù)和認識振動喇曼譜的主要特征及其與分子結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。實驗內(nèi)容測量CCl4分子的振動喇曼散射譜15數(shù)據(jù)記錄與處理1、打印CCl4分子的喇曼光譜圖并在圖上標(biāo)出stokes線和antistokes線；2、根據(jù)CCl4分子喇曼峰的位置定出其相應(yīng)的簡正模式。峰波長(nm)頻率(Hz)喇曼頻移(Hz)波數(shù)差(cm-1)相應(yīng)振動模式1

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數(shù)據(jù)記錄與處理1、打印CCl4分子的喇曼光譜圖并在圖上標(biāo)出s16思考題1.喇曼光譜是一種___光譜；2.激光喇曼光譜分析，是利用___照射試樣物質(zhì)時發(fā)生___現(xiàn)象而產(chǎn)生與入射光頻率不同的___所進行的分析方法；3.喇曼位移

與_____無關(guān)，主要取決于____；4.若分子在運動時某一固定方向上___發(fā)生改變，則該分子就具有喇曼活性；5.什么是喇曼散射效應(yīng)？6.喇曼光譜中為什么Stokes線的強度遠大于反Stokes線?思考題1.喇曼光譜是一種___光譜；17激光喇曼光譜（LaserRamanSpectroscopy）實驗?zāi)康模?、了解喇曼效應(yīng)的特征、量子理論以及產(chǎn)生條件；2、了解四氯化碳分子的簡正振動；3、學(xué)會根據(jù)四氯化碳分子喇曼光譜的峰位推斷出該峰所對應(yīng)的振動模式。激光喇曼光譜（LaserRamanSpectroscop18SirChandrasekhraVenkataRaman?SirChandrasekharaVenkataRaman(1888-1970)–NobelPrizeofphysicsin1930forthediscoveryoftheRamaneffect.C.V.Raman于1928年發(fā)現(xiàn)了以他名字命名的非彈性散射現(xiàn)象，因這一重大發(fā)現(xiàn)他獲得了1930年度諾貝爾物理學(xué)獎。C.V.Raman是印度首位諾貝爾獎獲得者。喇曼效應(yīng)RamaneffectSirChandrasekhraVenkataRama19喇曼效應(yīng)Ramaneffect瑞利散射Rayleighscattering—由彈性散射引起的散射光散射光具有和入射光相同的頻率，強度為入射光強度的10-3

喇曼散射RamanScattering—非彈性散射的一種—若入射光的頻率為0，有非彈性散射引起的散射光，其頻率介于0

-

和0

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之間，對稱地分布在瑞利散射光的兩側(cè)，強度為瑞利散射強度的10-3

~10-4

，為入射光強度的10-7

。喇曼效應(yīng)Ramaneffect瑞利散射Rayleigh20喇曼效應(yīng)Ramaneffect拉曼光譜線—斯托克斯線（stokesline）—反斯托克斯線（anti-stokesline）低于入射光頻率的散射線：0-

高于入射光頻率的散射線：0

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–斯托克斯線頻率，反斯托克斯線頻率與入射光頻率之差=(0

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=[h(0

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)-h0]/h=(E1-E0)/h–喇曼頻移與入射光的頻率無關(guān)而與分子振動的能級有關(guān)喇曼頻移（Ramandisplacement）喇曼效應(yīng)Ramaneffect拉曼光譜線—斯托克斯線（s21喇曼效應(yīng)的量子理論光子與分子的相互作用—光子和分子間有能量交換—放出或吸收的能量只能是分子兩個能級之間的能量差h0h0h0h(0

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)E0E1

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)h0反斯托克斯線斯托克斯線喇曼效應(yīng)的量子理論光子與分子的相互作用—光子和分子間有能量交22喇曼效應(yīng)的量子理論喇曼光譜線—由于分子大都處在振動能級E0，斯托克斯線的強度遠大于反斯托克斯線的強度CCl4的喇曼光譜之斯托克斯線（紅）和反斯托克斯線（藍）喇曼效應(yīng)的量子理論喇曼光譜線—由于分子大都處在振動能級E023產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的條件分子在振動或轉(zhuǎn)動過程中，極化率發(fā)生變化是產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的必要條件。誘導(dǎo)偶極矩與外電場的強度之比為分子極化率分子中兩原子距離最大時，α也最大拉曼散射強度與極化率成正比例關(guān)系—極化率（polarizability）單位電場強度所感應(yīng)的電偶極矩μ＝αEα為極化率產(chǎn)生喇曼效應(yīng)的條件分子在振動或轉(zhuǎn)動過程中，極化率發(fā)生變化是產(chǎn)24喇曼光譜與紅外光譜的區(qū)別分子在振動過程中，分子的極化率發(fā)生變化，屬于喇曼活性分子的全對稱振動和非極性基團的振動，使分子的極化率發(fā)生變化適用于研究同原子的非極性鍵：?C=C?C=C?,?N=N?,?S?S?.分子在振動過程中，分子的偶極矩發(fā)生變化，屬于紅外活性分子的非對稱振動和極性基團的振動，使分子的偶極矩發(fā)生變化適用于研究不同原子的極性鍵振動：?C=O,?OH,?C?X.喇曼光譜與紅外光譜的區(qū)別分子在振動過程中，分子的極化率發(fā)生變25CCl4分子的簡正模式CCl4分子的簡正模：〇代表C，代表ClCCl4分子的簡正模式CCl4分子的簡正模：〇代表C，代表26實驗裝置RBD型激光喇曼光譜儀總體結(jié)構(gòu)圖實驗裝置RBD型激光喇曼光譜儀總體結(jié)構(gòu)圖27實驗裝置5-1激光器5-2直角轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-3斜入射轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-4激光電源半導(dǎo)體激光器：

激光波長：532nm，綠光功率：>40mw高消光比，線偏振輸出，消光比（垂直偏振）>100:1功率高穩(wěn)定性：<±2%光束直徑：<1.0mm1、光源：實驗裝置5-1激光器5-2直角轉(zhuǎn)向鏡及調(diào)節(jié)架5-328實驗裝置（２）樣品信息收集光路：2-1.散射光凹面反射鏡及其調(diào)節(jié)架；2-2.集光鏡及其調(diào)節(jié)架；2-3.檢偏器；2-4.凹陷濾波片及調(diào)節(jié)架（選購件）；（３）樣品臺部分:3-1.五維精密調(diào)節(jié)樣品平臺；3-2.液體管樣品架；（４）箱體部分4-1.基礎(chǔ)板；（1）樣品照明入射光路：1-1.偏振旋轉(zhuǎn)器；1-2.聚焦透鏡及其調(diào)節(jié)架；1-3.斜入射聚焦透鏡及其調(diào)節(jié)架；1-4.入射光凹面反射鏡及其調(diào)節(jié)架；2、外光路系統(tǒng)實驗裝置（２）樣品信息收集光路：（1）樣品照明入射光路：29實驗裝置3、色散系統(tǒng)光源或照明系統(tǒng)發(fā)出的光束均勻地照射在入射狹縫上，入射狹縫位于的離軸拋物鏡焦面上。光經(jīng)過離軸拋物鏡平行照射到光柵上，經(jīng)過光柵衍射到第二離軸拋物鏡，再經(jīng)過反光鏡會聚到出射狹縫上，最后到光電接收元件（光電倍增管）上。由于光柵的分光作用，從出射狹縫出來的光線為單色光。當(dāng)光柵轉(zhuǎn)動時，從出射狹縫出來時光由短波到長波依次出現(xiàn)。實驗裝置3、色散系統(tǒng)光源或照明系統(tǒng)發(fā)出的光束均勻地照射在入射30實驗裝置四、信號采集系統(tǒng)CR114/131型光電倍增管

線性脈沖放大幅度分析器

高壓穩(wěn)壓電源部分

五、接口電路

接口電路是激光喇曼光譜儀自動控制的基礎(chǔ)單元，是主計算機（PC機）與激光喇曼光譜儀的聯(lián)機接口。通過接口電路實現(xiàn)控制單色儀及采集數(shù)據(jù)的功能。接口電路的主要的功能如下：1.

一個步進電機的驅(qū)動電源，控制單色儀中光柵的轉(zhuǎn)動；2.

通過1個光電開關(guān)，確定單色儀波長“定位”，即回零位置；3.

采集、暫存、傳送