激光拉曼實(shí)驗(yàn)報(bào)告

PAGE1PAGE6激光拉曼及熒光光譜實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私饧す饫幕驹砗突局R(shí)以及用激光拉曼的方法鑒別物質(zhì)成分和分子結(jié)構(gòu)的原理；掌握LRS–II激光拉曼/熒光光譜儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作方法；研究四氯化碳CCL4、苯C6H6等物質(zhì)典型的振動(dòng)—轉(zhuǎn)動(dòng)光譜譜線特征。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1基本原理分子有振動(dòng)。原子分雙子的振動(dòng)按經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn)可以看成是簡(jiǎn)諧振子，其能量為A是振幅，k是力常數(shù)。按照量子力學(xué)，簡(jiǎn)諧振子的能量是量子化的，t=0，1，2，3，···，是振動(dòng)量子數(shù)，f是振子的固有振動(dòng)頻率。如果在同一電子態(tài)中，有振動(dòng)能級(jí)的躍遷，那么產(chǎn)生的光子能量波數(shù)為CO在紅外部分有4.67微米、2.35微米、1.58微米等光譜帶，其倒數(shù)之比近似為1：2：3。當(dāng)Δt=1時(shí)，測(cè)得的反映了分子鍵的強(qiáng)弱。分子有轉(zhuǎn)動(dòng)。雙原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)軸是通過(guò)質(zhì)心而垂直于聯(lián)接二原子核的直線的。按照經(jīng)典力學(xué)，轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能是式中P是角動(dòng)量，Ｉ是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可以證明上式中ｒ１，ｒ２和ｒ分別代表兩原子到轉(zhuǎn)軸的距離及兩原子之間的距離，μ稱為約化質(zhì)量。按照量子力學(xué)，角動(dòng)量應(yīng)等于代入上式得此式可以從量子力學(xué)直接推得，Ｊ稱為轉(zhuǎn)動(dòng)量子數(shù)。當(dāng)Ｊ＝０，１，２，３，···等值時(shí)，相應(yīng)的Ｊ（Ｊ＋１）＝０，２，６，１２，···，所以能級(jí)的間隔是的２，４，６，８，···倍。實(shí)驗(yàn)和理論都證明純轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷只能在鄰近能級(jí)之間，就是ΔＪ＝±１。所得光譜的波長(zhǎng)應(yīng)該有下式表達(dá)的值：譜線波數(shù)（）的間隔是相等的。ＨCL分子遠(yuǎn)紅外吸收譜中，曾觀察到很多條吸收線，這些線的波數(shù)間隔應(yīng)該是２Ｂ，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：Ｂ＝１０．３４厘米－１，所以由此求得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ｉ，進(jìn)而求得ＨCL分子中原子之間的核間距這一重要數(shù)據(jù)。多原子分子的轉(zhuǎn)動(dòng)可以近似地看作剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)，這涉及到多個(gè)轉(zhuǎn)軸的不同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其譜線結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，只有直線型的分子和對(duì)稱高的分子轉(zhuǎn)動(dòng)曾研究出一些結(jié)果。在分析化學(xué)領(lǐng)域中提供了一些分析樣品的標(biāo)準(zhǔn)特征譜線可供實(shí)驗(yàn)參照。光通過(guò)透明的物體時(shí)，有一部分被散射。如果入射光具有線狀譜，散射光的光譜中除有入射光的譜線外，還另有一些較弱的譜線，這些譜線的波數(shù)等于入射光某一波數(shù)加或減一個(gè)數(shù)值，即。新出現(xiàn)譜線的波數(shù)與入射光的波數(shù)之差發(fā)現(xiàn)與光源無(wú)關(guān)，只決定于散射物。如果換一個(gè)光源，不同了，但如果散射物不變換，那么還是等于原來(lái)的，散射光的波數(shù)變動(dòng)反映了散射物的性質(zhì)。由于散射光的波數(shù)等于入射光的波數(shù)與另一數(shù)值組合的數(shù)值，所以這樣的散射稱作組合散射?？梢栽谧贤饣蚩梢?jiàn)區(qū)觀測(cè)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，通過(guò)選擇波長(zhǎng)在可見(jiàn)光波段的激光光源的方法，使拉曼光譜分布在可見(jiàn)光區(qū)域，這樣便于視覺(jué)的觀察，較之紅外或遠(yuǎn)紅外光譜技術(shù)更為方便。組合散射的方法不論在分子結(jié)構(gòu)的研究上或工業(yè)的應(yīng)用上都很重要。因?yàn)槊恳环N分子都有其特有的分子光譜，所以，通過(guò)分子光譜的觀察可以辨認(rèn)化合物，作定性和定量分析，目前，已廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物及生命科學(xué)等研究領(lǐng)域，尤其是在石油工業(yè)上應(yīng)用特別多。拉曼譜線的頻率雖然隨著入射光頻率而變換，但拉曼光的頻率和瑞利散射光的頻率之差卻不隨入射光頻率而變化，而與樣品分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)。拉曼譜線的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度和樣品分子的濃度成正比例關(guān)系，可以利用喇曼譜線來(lái)進(jìn)行定量分析，在與激光入射方向的垂直方向上，能收集到的喇曼散射的光通量正比于：ΦL為入射光照射到樣品上的光通量A為拉曼散射系數(shù)，約等于10－28－10－29MOL/球面度N為單位體積內(nèi)的分子數(shù)L為樣品的有效體積K為考慮到折射率和樣品內(nèi)場(chǎng)效應(yīng)等因素影響的系數(shù)利用拉曼效應(yīng)及拉曼散射光與樣品分子的上述關(guān)系，可對(duì)物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和濃度進(jìn)行分析研究，于是建立了拉曼光譜法。絕大多數(shù)拉曼光譜圖都是以相對(duì)于瑞利譜線的能量位移來(lái)表示的，由于斯托克斯峰比較強(qiáng)（原因是正常狀態(tài)下，處于低能級(jí)的分子數(shù)比處于高能級(jí)的分子數(shù)多），故可以比較小的位移為基礎(chǔ)來(lái)估計(jì)Δб（以cm-1為單位），即Δб＝бy-б三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照連接圖連接好電纜,放入待測(cè)樣品CCL,打開激光器；按照調(diào)節(jié)說(shuō)明，調(diào)節(jié)外光路,打開儀器的電源,啟動(dòng)應(yīng)用程序；通過(guò)閾值窗口選擇適當(dāng)?shù)拈撝?在參數(shù)設(shè)置區(qū)設(shè)置閾值和積分時(shí)間及其他參數(shù)；掃描，根據(jù)情況調(diào)節(jié)狹縫至最佳效果,數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)打??；關(guān)閉應(yīng)用程序,關(guān)閉儀器電源,關(guān)閉激光器電源。四．?dāng)?shù)據(jù)處理LRS－II/III型激光拉曼/熒光光譜儀在實(shí)驗(yàn)時(shí)，是以測(cè)量四氯化碳的拉曼光譜為主要內(nèi)容。方法是：將分析純液態(tài)四氯化碳倒入液體池內(nèi)，放入外光路的液體池架上，調(diào)整好外光路注意將散射光成像對(duì)準(zhǔn)單色儀入射狹縫上，并將狹縫開0.1mm左右，并通過(guò)計(jì)算機(jī)選擇相應(yīng)的條件，記錄其拉曼光譜曲線圖。在瑞利線右側(cè)長(zhǎng)波方向出現(xiàn)五個(gè)拉曼峰視為宜，以下內(nèi)容為參考數(shù)據(jù)．λ(nm)б(cm-1) Δб(cm-1)圖30LRS-II型不帶陷波濾波器ccl4拉曼曲線光譜圖圖31LRS-III型帶陷波濾波器拉曼曲線光譜圖λ(nm)б(cm-1) Δб(cm-1)圖31偏振片+1/4玻片45度不帶陷波濾波器ccl4拉曼曲線光譜圖圖32偏振片+1/4玻片90度不帶陷波濾波器ccl4拉曼曲線光譜圖λ(nm)б(cm-1) Δб(cm-1)五．注意事項(xiàng)儀器使用中需要注意以下事項(xiàng)：1．保證使用環(huán)境。2．光學(xué)零件表面有灰塵，不允許接觸擦拭，可用吹氣球小心吹掉。3．每次測(cè)試結(jié)束，首先取出樣品，關(guān)斷電源。4．激光對(duì)人眼有害，請(qǐng)不要直視。六．思考題怎樣解釋波長(zhǎng)短的伴線比波長(zhǎng)長(zhǎng)的伴線的強(qiáng)度弱？答：正常狀態(tài)下，處于低能級(jí)的分子數(shù)比處于高能級(jí)的分子數(shù)多。2．如何使用功能來(lái)定標(biāo)？答：在波長(zhǎng)修正項(xiàng)中輸入一個(gè)差值（實(shí)際波長(zhǎng)與理論波長(zhǎng)的差，可正可負(fù)），則整個(gè)拉曼曲線平移一個(gè)差值的距離。3．域值窗口有什么作用？域值的大小對(duì)譜線結(jié)果有何影響？答：在域值窗口設(shè)定一甑別電平以屏蔽