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浅析基于拉曼光谱定量分析的实验教学

2014-08-20张焕君程学瑞

教育观察 2014年8期

张焕君,程学瑞

(郑州轻工业学院物理与电子工程学院,河南郑州,450002)

拉曼光谱的强度、频移、线宽、特征峰数目以及退偏度与分子的振动能态、转动能态、对称性等特性有紧密的联系,即与分子的结构紧密相关。而且拉曼光谱具有制样简单,分析快速、无损,所检测的样品仅需微量即可满足测量要求等诸多优点,因而成为研究分子结构的强有力工具,广泛地应用于分子的鉴别、分子结构的研究、分析化学、石油化工催化和环境科学等各个领域[1-2]。然而,相对于气相、液相色谱法的较高精度而言,较大的分析误差率限制了拉曼光谱定量分析的应用。在实际应用中,拉曼光谱分析技术多用于样品的定性分析,尤其是在实验教学当中,更多的是强调其定性分析的作用,而忽略其定量分析的功能[3-4]。尤其是对具有强荧光背景物质,如乙醇及其混合溶液的定量分析,更是拉曼光谱定量分析中的难点问题。

为帮助学生克服这样单一的认识,我们在教学实验环节增加了相关实验内容,采用拉曼光谱对乙醇溶液的浓度进行定量分析。在教学过程中,我们向学生介绍了拉曼光谱定量分析的理论依据、分析过程,并着重分析了误差来源,以加深学生对拉曼光谱的认识,尤其是让学生对其定量分析功能有了进一步的了解。

一、理论依据

拉曼光谱定量分析的理论依据为:

在上式中,I为光学系统所收集到的样品表面拉曼信号强度;K为分子的拉曼散射截面积;Φ为样品表面的激光入射功率;k、k'分别是入射光和散射光的吸收系数;Z为入射光和散射光通过的距离;h(z)为光学系统的传输函数;b为样品池的厚度。……

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