喇曼散射光譜的實驗分析報告

摘 要：本文在實驗室里是以液體樣品四氯化碳溶液作為研究對象，利用測試裝置半導體激光喇曼光譜儀對樣品進行掃描分析，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整到某個角度時恰好消失，根據光學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物質的散射光譜，入射光是強單色光，散射光除含有頻率未變的光即瑞利散射，還含有相當弱的有頻率增減的光，其中帶有散射體結構和狀態的信息。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，光譜方法的優越性無需細說。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遜于可見和近紫外光譜，而喇曼散射可以把處于紅外區的分子能譜轉移到可見光區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苯。喇曼光譜作為紅外光譜的補充，是研究分子結構的有力武器，喇曼光譜也是取得結構和狀態信息的重要手段。

二、 實驗原理

喇曼散射是光和物質的相互作用引起的，光子和散射物質分子碰撞過程中，物質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，再發射的光子便與原光子不相干，且形成新的譜結構，當光于與分子發生彈性碰撞，光子與分子間沒有能量交換，只是改變了光子的運動方向，此時，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，當光子與分子發生非彈性碰撞，不僅使光子改變了其運動方向，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、 實驗結果分析

按照CCl4溶液的喇曼散射實驗的內容步驟進行實驗操作后得到如圖2所示的CCl4光譜。

利用軟件分析和演算得到部分實驗數據如表1。

結合喇曼光譜圖和實驗數據分析得到：（1）CCl4光譜上可以明顯地看到有三對譜線近似關于一條譜線對稱。這條被看成中心線的譜線實際是把入射的光波作為了中心點，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為中心點，也就是其他數據對應的零點作差，得到波數差。在多次改變實驗的入射光頻率后都求其對應的喇曼位移并比較大小，可以發現每次的喇曼位移近似相等，也就是說它和實驗中入射光的改變沒有關系。（3）CCl4光譜上右邊1、2、3峰位對應的譜線強度明顯強于左邊6、7、8峰位對應的三條譜線強度。根據喇曼光譜圖的一些基本特征可知道，右邊光強較大的譜線是斯托克斯線，左邊則是反斯托克斯線。CCl4的喇曼光譜這三個特征是實驗散射體內部結構和運動狀態的具體反映。

四、 結論

本文利用半導體激光器對四氯化碳液體樣品進行掃描測試，通過多次掃描得到較合理的喇曼散射圖譜和相關數據，最后對光譜結果的分析得到喇曼散射光譜是對稱分布在瑞利線兩側、其中光譜中有一條545nm左右的光譜線在偏振片調整到某個角度時恰好消失，根據光學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米共振現象的驗證結果。

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作者簡介：

張世軍，安徽省巢湖市，巢湖學院電子工程學院。