微分电路波形:请问Raman散射谱

http://www.ss.swust.edu.cn/lab/classic/%BC%A4%B9%E2%C0%AE%C2%FC%B9%E2%C6%D7%D2%C7%CA%B5%D1%E9%BD%E9%C9%DC.htm

激光喇曼光谱实验介绍

一、激光喇曼光谱研究的历史回顾

激光喇曼光谱学是激光光谱学一个重要分文，应用面十分广泛．在化学方面，有机和无机分析化学、生物化学、石油化工、高分子化学、催化和环境科学、分子签定、分子结构研究等；在物理学方面发展新型激光器、产生超短光脉冲、分子瞬态寿命研究、相干时间、固体能谱等等都有它的应用，因此是近年十分活跃的一个研究领域

喇曼散射光谱作为研究物质结构一个强有力的工具已有五十多年的历史．早在1923年，史梅耳(A.Smekal)从理论上预言，当频率为的单色光入射到物质以后，物质中的分子会对入射光产生散射，散射光的频率为，经过了几年的努力，1928年，印度物理学家喇曼(C.V.Raman)在研究液体苯的散射光谱时，从实验上发现了这种散射，因而称为喇曼散射(喇曼效应，喇曼光谱)。 同时期苏联物理学家兰斯别尔格和曼杰尔斯达姆(G.Landsberg,L.Mandelstamm)在研究石英晶体的散射光谱时，独立地发现了这种散射现象，因而，通常也叫联合散射光谱．后来布拉瑟克在喇曼理论上做了很多工作．他们发现在拍得的散射光谱中在激发线的两侧各存在一条谱线，在低频一侧的频率为 ( 为激发线的频率， 为该谱线与 的频差)，称之为斯托克斯线或叫红伴线。在激发线高频一侧的线，其频率为 ，称之为反斯托克斯线，或叫紫伴线。激发线处的散射谱线则称之为瑞利线．一种物质的喇曼线可以有若干对，每一对线(一条斯托克斯线和一条对应的反斯托克斯线组成一对)对应于物质的某二个能级间的差值(振动、转动或电子能级间的差值)．

自那时起，喇曼光谱逐渐成为一个分析物质结构的有力的工具。但喇曼散射谱线的强度十分弱，通常只有激发线的几千分之一，最强的也只不过为几百分之一，最弱的甚至为几万分之一．而且反斯托克斯线的强度比斯托克斯线的强度还要弱，这样给应用带来了因难．摄谱时间通常要几小时，甚至几天．对杂散光的屏蔽要求很严格，样品用量很大，一般要十几毫升．而且在可见光区工作时，只限于无色液体．为了防止杂质荧光产生的背景干扰谱线，样品纯度要求较高等，因此后来不能广泛发展和应用．特别是二十世纪四十年代红外光谱技术发展，红外光谱对物质结构分析快捷、简单、妥当、样品只要几毫升或更少，因而科研兴趣转到红外光谱方面．喇曼光谱的发展也就转慢了．直到1960年激光发现以后，由于激光具有亮度高(功率大、能量大)、单色性好和高度偏振性等优点，作为喇曼光谱的激发光源，代替经典的水银灯光源是十分理想的，因而迅速为科学工作者所利用，使喇曼光谱得以复兴起来．摄谱时间可从几小时缩短至几秒钟，甚至更短，也就此开辟了激光喇曼光谱学的研究．特别是近年来研制出了杂散光少、分辨率高的高质量双联、三联单色器，以及高灵敏的光电接收系统(如光子计数器等)，促使激光喇曼光谱有飞跃的发展．

激光喇曼光谱的研究对象从液态扩展到固态(晶体和粉末)和气态，样品的用量从过去十几毫升下降到毫克，甚至微克的数量级．一台激光喇曼光谱仪可测量的范围从几十个波数(厘米－1)至4000个波数，这是一台红外光谱仪所不能胜任的．实验样品制作也非常简化，普通的毛细管可以做样品池，不稳定的和贵重的样品可以放在原包装的安瓴瓶内直接测试．并可实现高（或低）温测试，有色样品测试．水是喇曼光谱实验中一种良好的溶剂，因为它的喇曼散射很弱，而水用于红外光谱方面是不行的，因为它在红外光谱区有强烈的连续吸收光谱．还有，商品激光光源的稳定性越来越好，功率越来越高，诸如此类的进展使激光喇曼光谱发展的广度和深度都有了很大的飞跃．

与此同时，1961年E．J．Woodbury和W．K．Ng把硝基苯放入红宝石激光器的共振腔内作克尔盒调Q实验时，首先发现了受激喇曼效应．他们发现在红宝石激光6943埃附近，出现一条7670埃的伴线，这伴线是硝基苯的斯托克斯线．当功率增加时，这伴线强度显著增加，光束方向变窄，光谱线宽也变窄．于是开拓了非线性喇曼散射的新领域，以后，科学家进行了大量的实验发现很多材料都有受激喇曼效应，取得了大量的数据，发现了一些新的非线性喇曼现象。1962年R. W．Terhune发现相干反斯托克斯喇曼效应．1963年B.P.Stoicheff首先发现逆喇曼效应．1965年R．W．Terhune首先观察到超喇曼散射现象以及喇曼诱导克尔效应．可以预期，随着激光脉冲时间的缩短，激光功率的提高，新的喇曼现象将可能会发现．

二、喇曼光谱实验原理

光照射介质时，除被介质吸收、反射和透射外，总有一部分被散射。1928年，印度喇曼(Raman)在液体苯中观察到光照射媒质时，散射光频率与入射光频率存在大于3×1010 Hz的频移。这类散射称为喇曼散射，其频移量多数在102一l03 cm-1之间，这是因为喇曼散射是由于分子振动能态间的跃迁造成的，这种跃迁相应的能量大都在l02一103 cm-l之间。但是光照射媒质时，散射光按频率分为三类：除喇曼散射外，还有瑞利（Rayleigh）散射、布里渊（Brillouin）散射。大部分媒质的喇曼散射强度都小于入射光强的10-6倍和瑞利散射光强的10-3倍，因而设计喇曼光谱仪时，除了应考虑的光谱仪的一般要求外，特别重视增强入射至样品的光功率，和提高喇曼散射光对一切非喇曼散射光的相对强度。