丙酮分子拉曼光谱分析实验.doc

一、 实验目的：通过丙酮分子（C3H6O）的振动拉曼光谱实验，初步了解拉曼散射基本原理和基本实验技术。
二、 实验内容：
1、 测量丙酮分子（C3H6O）的振动拉曼散射谱，要求完整记录它的谱图，及一些相关参数；
2、 测量丙酮分子（C3H6O）的拉曼振动谱，并对其结构进行分析。
三、 实验原理：丙酮分子（C3H6O）的对称性和振动拉曼光谱。
1、 设ν0是入射光的波数 ,ν是散射光的波数 ,散射光与入射光的波数差为 Δν = ν-ν0 .那么 ,对于拉曼散射谱 ,Δν < 0的散射线称为红伴线或斯托克斯线 (Stokes line); Δν > 0的散射线称为紫伴线或反斯托克斯线 (anti -Stokes line).拉曼光谱在外观上有三个明显的特征：第一，对同一样品，同一拉曼线的波数差与入射光波长无关；其次，在以波数为变量的拉曼光谱图上，如果以入射光波数为中心点，则斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分列在入射光的两边 ;第三 ,斯托克斯线的强度一般都大于反斯托克斯线的强度 .拉曼光谱的上述特点是散射体内部结构和运动状态的反映 ,也是拉曼散射固有机制的体现。

2、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。

3、丙酮分子的结构和振动模式
丙酮分子式为C3H6O，其结构如图：

共有10个原子，根据振动原理：非线性分子的振动模式数
为3N-6，所以丙酮共有24个振动模式。
四、 实验仪器：激光拉曼光谱仪LRS-23结构

激光光源：半导体激光器 532nm，输出功率≥40mW
1、 外光路系统

2、 单色仪
由于拉曼光谱极弱，通常是激发光强是的10-6以下，极易被周围环境散射光，背景荧光及光谱仪器杂散光所淹没，因此拉曼光谱仪的单色仪光学性能必须非常好。

图 单色仪光学结构示意图
3、 探测系统
由于拉曼光谱极弱，需要单光子计数器来探测。其原理图如下：

4、 光学原理图

图 拉曼光谱仪光学原理图
五、 实验步骤：
1、 使聚焦激光束的腰部正好处于放置样品处的中心；
2、 把样品放在样品架上，使样品处于最佳照明状态；
3、 使样品被照明部分通过聚光镜清晰地成像于单色仪的狭缝上；
4、 启动LRS-Ⅱ控制处理系统，设置页面的相关参数，并记录谱图；
5、 整理仪器。
六、 实验数据记录：
丙酮分子（C3H6O）的拉曼光谱图如下：

七、 误差分析：
1、 在选取扫描范围时，间隔时间过长，导致扫描精度不够，产生误差；
2、 我们在扫描时要调整扫描范围，因此要经过多次扫描，但在处理数据时仅以一次的扫描结果作为数据依据，因此不够准确，产生了误差。