ramaneffect

fotony są zdolne do rozproszenia przez elektroniczny system cząsteczki, jeśli medium, przez które podróżuje Foton, składa się z cząsteczek, które są zdolne do zmiany ścieżki przypadkowego fotonu. Kiedy fotony przejdą przez przezroczystą próbkę materii, większość z nich będzie kontynuowana w tym samym kierunku, jednak niewielka ich frakcja zostanie rozproszona w innych kierunkach. Gdy fotoninakłada się wewnątrz układu, może zostać rozproszony za pomocą jednej z trzech różnych metod (7):
1) rozpraszanie Rayleigha
2) rozpraszanie Ramana-Stokesa
3) rozpraszanie Ramana-anty-Stokesa
rozpraszanie Rayleigha, nazwane na cześć Lorda Rayleigha, który zidentyfikował efekt promieniowania, jest czasami nazywane elasticscattering. Efekt ten występuje, gdy promień sfery pochylającej jest znacznie mniejszy niż przypadkowa długość fali. (14) jako taki, rozproszony Foton zachowuje swoją przypadkową długość fali (jak również swoją częstotliwość i energię). Większość fotonów, które są rozproszone podczas interakcji z układem molekularnym, jest w ten elastyczny sposób. (1)
jednak czasami,gdy fotony są rozpraszane przez wibracje cząsteczek obecnych w przezroczystym ośrodku, występuje przesunięcie długości fali w porównaniu z przypadkową długością fali. Występowanie takiego przesunięcia zostało nazwane efektem Ramana (nazwanym na cześć C. V. Ramana, fizyka z Indii, który odkrył ten efekt). Przesunięcie długości fali charakteryzujące rozpraszanie Ramana może wynosić aż 4000 cm-1. (15) Jak pokazano na poniższym rysunku, stopień przesunięcia zależy od masy atomów wiązania partykularnego oraz od siły wiązania.

shiftequation
gdzie κ jest miarą wytrzymałości, a μ jest masą zredukowaną. (2)

możliwe są dwie różne formy rozpraszania Ramana, ponieważ rozproszone fotony świetlne mogą zyskać lub stracić energię w porównaniu z energią padającą. Jeśli cząsteczka, która rozpoczyna się w wibracyjnym stanie podstawowym, jest wzbudzona do stanu Wirtualnego (wynikającego zpolaryzacji chmury elektronowej) po absorpcji przypadkowego fotonu i powraca do stanu wibracyjnego o wyższej energii, wówczas emitowany Foton ma mniej energii (dłuższą długość fali) niż Foton pomocniczy. Nadmiar energii został uzyskany przezśrodek rozpraszający. Ten rodzaj efektu Ramana nazywa się Stokescattering. (6)
z drugiej strony, jeśli cząsteczka zaczyna się w wyższym stanie wibracyjnym i jest podniesiona do wyższego stanu Wirtualnego energii absorpcji fotonu, powrót tej cząsteczki do stanu wibrującego będzie charakteryzował się emisją fotonu o wyższej energii (krótszej długości fali) niż przypadkowego fotonu. Jako takie, energia została utracona przez rozpraszaniemedium. Ten rodzaj efektu Ramana nazywa się anty-Stokescattering. (6)
Tabela 1, poniżej, pokazuje porównanie między głównymi koncepcjami rozpraszania Raleigh i rozpraszania Ramana. Ponadto Rysunek 1 przedstawia porównanie schematów energetycznych dla każdego z tych typów rozpraszania.

Tabela 1-Porównanie

RaleighScattering RamanScattering
Stokescattering anty-Stokescattering
Elasticscattering Inelasticscattering Inelasticscattering
rozproszony Foton zachowuje swoją przypadkowąenergia rozproszony Foton ma mniej energii niż Foton padający rozproszony Foton ma więcej energii niż Foton incydentalny
Fotonenergia jest zachowana energia jest uzyskiwana przez medium energia jest tracona przez medium

Rysunek 1-diagramy energetyczne rozpraszania Raleigh andRaman (6)
 ramanediagram

efekt Ramana jest stosunkowo słabym efektem, nieporównywalnym do efektu Rayleigha. Mniej niż 1% rozproszonych fotonów wykazuje efekt Ramana w porównaniu do ponad 99%, które wykazują efekt Rayleigha (4). Z tych fotonów, które są Ramanscattered, ilość Stokes rozpraszania jest większa niż ilość anty-Stokes rozpraszania. Wyraża się to w różnicy intensywności rozpraszania Stokesa i anty-Stokesa (patrz rysunek 2 poniżej). Można to wyjaśnić różnicami w populacji drgań cząsteczek, które następują po rozkładzie Boltzmanna. Zgodnie z tym rozkładem, byłoby mniej cząsteczek, które zaczynają się w stanie wyższym wibracji w porównaniu do stanu ziemiwibracji, a tym samym mniej cząsteczek, które emitują fotonscharakterystyczne rozpraszanie anty-Stokes w porównaniu do rozpraszania Stokes. (6)

ryc. 2: różne różnice dla trzech form rozpraszania fotonów. (6)
intensity

przesunięcie ze względu na efekt Ramana wynika z przeplotu między Stanami wibracyjnymi a stanem podstawowym. W związku z tym fotony Stokesa i anty-Stokesa będą rozproszone w równej ilości energii (odpowiednio poniżej i powyżej) od energii fotonu Rayleigha. (6)

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.