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拉曼光谱实验报告

拉曼光谱（Raman spectra）以印度科学家C.V.拉曼（Raman）命名，是一种分子结构检测手段。拉曼光谱是散射光谱，通过与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面信息。以横坐标表示拉曼频移，纵坐标表示拉曼光强，与红外光谱互补，可用来分析分子间键能的相关信息。

图1：印度科学家拉曼 一、拉曼光谱原理

拉曼效应：起源于分子振动(和点阵振动)与转动，因此从拉曼光谱中可以得到分子振动能级(点阵振动能级)与转动能级结构的知识。

拉曼效应是光子与光学支声子相互作用的结果。光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射。

弹性碰撞：光子和分子之间没有能量交换，仅改变了光子的运动方向，其散射频率等于入射频率，这种类型的散射在光谱上称为瑞利散射。

非弹性碰撞：光子和分子之间在碰撞时发生了能量交换，即改变了光子的运动方向，也改变了能量。使散射频率和入射频率有所不同。此类散射在光谱上被称为拉曼散射。

图2：拉曼散射示意图

物质与光的相对作用分为三种：反射，散射和透射。根据这三种情况，衍生出相对应的光谱检测方法： 发射光谱（原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）、X射线荧光光谱法（XFS）、分子荧光光谱法（MFS）等），吸收光谱（紫外－可见光法（UV-Vis）、原子吸收光谱（AAS）、红外观光谱（IR）、核磁共振（NMR）等），联合散射光谱（拉曼散射光谱（Raman））。拉曼光谱应运而生。

表1：光谱种类区分表

拉曼频移（Raman shift）：拉曼光谱的横坐标称作拉曼频移。拉曼散射分为斯托克斯散射和反斯托克斯散射，通常的拉曼实验检测到的是斯托克斯散射，拉曼散射光和瑞利光的频率之差值称拉曼频移（Raman shift）：Δν=| ν 0 – ν s |, 即散射光频率与激发光频之差。Δv取决于分子振动能级的改变，所以他是特征的，并且拉曼光谱与入射光波长无关，适应于分子结构的分析。 二、拉曼发展历史

1922年，斯梅卡尔预言新的谱线频率与方向都发生改变。

1928年，拉曼在气体与液体中观测到一种特殊光谱的散射，也因此获1930年诺贝尔物理奖。

同年，曼迭利斯塔姆、兰兹贝尔格在石英中观测到拉曼散射。 1928~1940年，受到广泛的重视，曾是研究分子结构的主要手段。

1940~1960年，拉曼光谱的地位一落千丈。主要是因为拉曼效应太弱，当时测试对样品测试的各项要求较为苛刻，拉曼光谱的应用一度衰落。

1960年以后，激光技术发展，激光成为拉曼光谱的理想光源，随着不断改进，拉曼光谱广泛应用，越来越受研究者的重视。 三、拉曼测试