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研究分子结构的有力武器——印度学者拉曼光谱

更新时间:2024-02-20 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

1921年夏天,在地中海航行的“纳昆达”号客轮上,一位印度学者正俯身在甲板上,用简易的光学仪器观察海面。 他对海水的深蓝色着迷,想找出海水颜色的来源。 这位印度学者就是拉曼。 他正在前往英国的途中,代表印度最高学府加尔各答大学参加在牛区灵津举行的英联邦大学会议,并准备在英国皇家学会发表演讲。 此时他年仅33岁。 对拉曼来说,水的蓝色并没有什么异常。 他就读的马德拉斯大学面向班加尔湾,每天都能看到海湾不断变化的海水染上了秋天棉花的颜色。 事实上,早在16岁(1904年)的时候印度物理学家,他就已经熟悉了著名物理学家瑞利利用分子散射中的散射光强度与波长的四次方成反比的定律(也称为瑞利定律)来分析蓝天。 作出了解释。 不知是因为他从小就探究自然移地的奥秘,还是因为他在研究光散射问题时对文献的深入思考。 他注意到雷利的一段话有问题。 雷利说:“深海的蓝色并不是海水的颜色,它只是海水反射出来的天空的蓝色。” 瑞利对蓝色海水的讨论一直是拉曼关心的问题。 他决心去实地考察。 因此,当拉曼在蕲州唯一的朋友英松错过女儿怀孕去英国时印度物理学家,他在行李里准备了一套实验设备:几个尼科尔棱镜、小望远镜、狭缝,甚至还有一个光栅。 望远镜两端安装尼科耳棱镜作为起偏器和检偏器,可以随时进行实验。 他使用尼科耳棱镜观察布鲁斯特角沿岸海面反射的光,发现使用半帧视图可以消除来自天空的蓝光。 这样你看到的光应该就是海水本身的颜色。 事实证明,你在这里看到的是比天空更深的蓝色。 他还用光栅分析了海水的颜色,发现海水光谱的最大值比天空光谱的最大值更蓝。 可见,海水的颜色并不是由天空的颜色造成的,而是海水本身的一种属性。 拉曼认为,这一定是富含水分的林吉岭香准沛子对光的散射造成的。 他在回程的玉鼓船上写了两篇论文来讨论这一现象。 中途停留期间,论文被送往英国和中国,并在伦敦的两家杂志上发表。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

拉曼回到印度后,立即在科学教育协会开展了一系列实验和理论研究,探索光在各种透明介质中的散射规律。 许多人参与这些研究。 这些人大多数是学校老师。 他们利用假期来到科学教育协会,与簿记员拉曼一起,或者在拉曼的指导下进行光散射或其他实验。 拉曼的研究起到了积极的作用。 他们在七年内发表了大约五十或六十篇论文。 他们首先考察了分子在各种介质中的散射遵循的规律,选择了不同的分子结构、不同的物质状态、不同的压力和温度,甚至进行了临界点发生相变时的散射实验。 1922年,拉曼写了一本总结这项研究的小册子,题为《光的分子衍射》,系统地阐述了他的观点。 在最后一章中,他提到利用量子理论来分析散射现象,并相信进一步的实验将使得识别经典电磁理论和光量子成为可能。 1923 年 4 月,他的学生拉马纳桑 (,KR) 首次观察到光。 散射时颜色变化的现象。 实验以太阳为光源,通过紫色滤光片照射装有纯水或纯酒精的烧瓶,然后从侧面观察。 出乎意料的是,观察到非常弱的绿色成分。 拉马纳桑并不理解这种现象,认为这是由杂质引起的二次辐射,类似于荧光。 因此,论文中将其称为“弱荧光”。 然而,拉曼并不认为这是由杂质造成的。 如果荧光确实是杂质造成的,则仔细纯化样品应该可以消除这种影响。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

接下来的两年里,拉曼的另一位学生克里希南(KS)观察了65种纯化液体的散射光,证明它们都具有类似的“微弱荧光”,而且他还发现颜色发生了变化。 散射光是部分偏振的。 众所周知,荧光是一种非偏振的自然光。 这证明这种波长变化的现象并不是荧光效应9gJ物理好资源网(原物理ok网)

拉曼和他的学生想了很多方法来研究这种现象。 他们试图拍摄散射光的照片进行比较,但失败了。 他们使用互补滤光片,使用短焦距镜头的大型望远镜的目镜聚焦太阳,将测试样品从液体扩大到固体,并继续进行各种实验。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

与此同时,拉曼正在寻求理论解释。 拉曼于 1924 年访问美国,恰逢 AH 康普顿最近发现 X 射线散射后较长波长的效应,怀疑论者掀起了一场争论。 拉曼显然从康普顿的发现中得到了重要的启发,后来他将他的发现视为“康普顿效应的光学对应物”。 拉曼也经历了与康普顿类似的波折。 经过六七年的探索,他在1928年初做出了明确的结论。拉曼已经认识到变色、微弱和偏振的散射光是一种普遍存在的现象。 他提到了康普顿效应中的“可变线”,并将这种新辐射称为:“可变散射”( )。 拉曼进一步改进了滤光方法,在蓝紫滤光片前面添加了一块铀玻璃,使入射的太阳光只能通过较窄的波长带。 然后他用目视分光镜观察了散射光,发现在可变散射光和恒定入射光之间的光谱中存在一个暗区。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

1928年2月28日下午,拉曼决定采用单色光作为光源,进行了一次非常漂亮且果断的实验。 他通过目视分光镜观察散射光,发现蓝色和绿色光区中多了两条尖锐的亮线。 每条入射谱线都有相应的可变散射线。 一般来说,散射光线的频率低于入射光线的频率。 偶尔会观察到频率高于入射射线的散射射线,但其强度较弱。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

很快,人们开始将这种新发现的现象称为拉曼效应。 1930年,美国光谱学家RW Wood将频率变低的发散光线命名为斯托克斯线; 那些频率变得更高的线是反斯托克斯线。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

拉曼发现反常散射的消息传遍了全世界,引起了强烈反响。 许多实验室重复、证实并发展了他的结果。 1928年,发表了57篇关于拉曼效应的论文。 科学界对他的发现评价很高。 拉曼是​​印度人民的骄傲,为第三世界的科学家树立了榜样。 他大半生在独立前的印度取得如此杰出的成就,着实令人敬佩。 特别是拉曼是一位在印度接受培训的科学家。 他始终立足印度,埋头苦干,努力拼搏,建立了独具特色的科研中心,达到了世界前列。9gJ物理好资源网(原物理ok网)

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