喇曼散射光谱的实验分析报告

摘 要：本文在实验室里是以液体样品四氯化碳溶液作為研究对象，利用测试装置半导体激光喇曼光谱仪对样品进行扫描分析，从光谱中可以得到，四氯化碳溶液喇曼光谱中多条谱线关于中心线对称分布，在光谱中有一条545 nm左右的光谱线在偏振片调整到某个角度时恰好消失，根据光学知识分析得到那条光谱线是线偏振光，因而得到四氯化碳溶液的喇曼散射光具有偏振性。

关键词：喇曼光谱；四氯化碳；线偏振光；偏振片

一、 引言

喇曼光谱是分子或凝聚态物质的散射光谱，入射光是强单色光，散射光除含有频率未变的光即瑞利散射，还含有相当弱的有频率增减的光，其中带有散射体结构和状态的信息。喇曼散射是一种用得很多的分析测试手段，是一种光谱方法，光谱方法的优越性无需细说。以前用可见和近紫外光谱分析原子，用红外光谱分析分子和固体，但至今红外光谱的综合性能仍远逊于可见和近紫外光谱，而喇曼散射可以把处于红外区的分子能谱转移到可见光区来观测且可通过选用光源而定频段，其灵敏度足可检出四氯化碳中万分之一的杂质苯。喇曼光谱作为红外光谱的补充，是研究分子结构的有力武器，喇曼光谱也是取得结构和状态信息的重要手段。

二、 实验原理

喇曼散射是光和物质的相互作用引起的，光子和散射物质分子碰撞过程中，物质会从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，再发射的光子便与原光子不相干，且形成新的谱结构，当光于与分子发生弹性碰撞，光子与分子间没有能量交换，只是改变了光子的运动方向，此时，散射谱线与入射光线频率相同，这频率未变的谱线就叫瑞利线，当光子与分子发生非弹性碰撞，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ν与入射光频率ν0不同，ν<ν0的谱线称斯托克斯线，ν>ν0的谱线称反斯托克斯线，斯托克斯和反斯托克斯线统称为喇曼散射线，三种谱线频率各为ν0和ν=ν0±Δν.喇曼散射跃迁能级变化如图1所示。

三、 实验结果分析

按照CCl4溶液的喇曼散射实验的内容步骤进行实验操作后得到如图2所示的CCl4光谱。

利用软件分析和演算得到部分实验数据如表1。

结合喇曼光谱图和实验数据分析得到：（1）CCl4光谱上可以明显地看到有三对谱线近似关于一条谱线对称。这条被看成中心线的谱线实际是把入射的光波作为了中心点，这条谱线在喇曼光谱中就是瑞利线。（2）光谱中以入射光的波数为中心点，也就是其他数据对应的零点作差，得到波数差。在多次改变实验的入射光频率后都求其对应的喇曼位移并比较大小，可以发现每次的喇曼位移近似相等，也就是说它和实验中入射光的改变没有关系。（3）CCl4光谱上右边1、2、3峰位对应的谱线强度明显强于左边6、7、8峰位对应的三条谱线强度。根据喇曼光谱图的一些基本特征可知道，右边光强较大的谱线是斯托克斯线，左边则是反斯托克斯线。CCl4的喇曼光谱这三个特征是实验散射体内部结构和运动状态的具体反映。

四、 结论

本文利用半导体激光器对四氯化碳液体样品进行扫描测试，通过多次扫描得到较合理的喇曼散射图谱和相关数据，最后对光谱结果的分析得到喇曼散射光谱是对称分布在瑞利线两侧、其中光谱中有一条545nm左右的光谱线在偏振片调整到某个角度时恰好消失，根据光学知识分析得到那条光谱线是线偏振光，因而得到四氯化碳溶液的喇曼散射光具有偏振性以及谱线中存在费米共振现象的验证结果。

参考文献：

[1]杨贵媛，江虹.双波长共振光散射技术测定药物中的格列齐特[J].分析试验室，2018，37（10）：1170-1173.

[2]沈吉，念文.拉曼散射激光雷达反演平流层气溶胶消光系数廓线[J].中国激光，2018，45（6），245-252.

[3]王海燕，张仲秋，赵迎春等.拉曼光谱偏振特性的研究[J].大学物理，2003，22（11）：40-43.

[4]高淑琴，贺家宁，李荣福等.四氯化碳费米共振的拉曼光谱研究[J].光谱学与光谱分析，2007，27（10）：2042-2044.

作者简介：

张世军，安徽省巢湖市，巢湖学院电子工程学院。