raman 光谱 - 复旦大学物理教学实验中心fudan physics teaching lab.pdfVIP

Raman 光谱 实验目的： 1. 对拉曼散射的基本原理和实验方法有一个初步了解。 2. 测量CCl 的分子的振动拉曼谱，对其结构和对称性作分析 4 原理及仪器介绍 第一部分：拉曼色散的原理 1 拉曼散射的经典理论 在经典理论中，光是一种电磁波，当光入射到物体上时，光场使得物体的分子或原子产 生一个分子偶极矩。其极化强度与电场的关系为 P aE a a 被称为分子极化率。它是一个3×3 的张量。在一级近似中 被认为它应由两部分组 成：一部分是一个常数a 0，另一部分是分子振动 a 贡献的总和，这些 正频率的贡献应 随时间做周期性变化，所以 a a 0 an cos wt P 和 E 的方向相同。设入射光为 w 的单色光，其 电场强度 E=E coswt ，则 0 P E0a0 cos wt E0 an cos wt cos wt 1 cos 2 [cos2 ( ) cos 2 ( ) ] E0a0 pvt E0 an p v vn t p v vn t 2 可以看出上式第一项产生的辐射与入射光具有相同的频率υ，是瑞利散射光；第二项为 其散射频率分别为 （v-v ）和 （v+v ），前者为斯托克斯拉曼线，后者为反斯托克斯拉曼线。 n n 利用经典的电磁波理论，可能得到三条散射光，但是并不能计算出三条光的强度，要得 到强度要依靠量子力学。 2 拉曼散射的量子力学描述 hn 0 hn 0 hn 0 hn 0 hn 0 h n 0 n hn 0 h n 0 n - 1 - PDF created with pdfFactory Pro trial version 量子力学中，能量与光频率的关系为 E=hv 在量子理论中，将光看成光量子。当入射的光量子与分子进行弹性碰撞时，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；同时光量子会与分子进行非弹 性碰撞，光量子会与分子有能量交换，分子因此而会能级跃迁。如果光子使分子从基态跃迁 到激发态，那么会激发斯托克斯线。反之就会产生反斯托克斯 假如物质是处于温度T 的平衡状态，则分子处在 能态的分布遵循玻尔兹曼统计分布, 所以处于激发态的分子数N1 与基态的分子数No 的比为： N1/N0= （g1/g0）exp （- （E1－E0）/kT） 其中,g1 和g0 分别为激发态和基态的简并度 g1=g0=1，反斯托克斯线强度I1 与斯