efectul ramanefect

fotonii sunt capabili să fie împrăștiați de sistemul electronic al unei molecule dacă mediul prin care se deplasează fotonul este alcătuit din molecule care sunt capabile să schimbe calea fotonului incidental. Când fotonii trec printr-un eșantion transparent de materie,majoritatea vor continua în aceeași direcție, totuși o mică fracție a acestora va fi împrăștiată în alte direcții. Când un foton interacționează într – un sistem, acesta poate fi împrăștiat prin una din cele trei metode diferite (7):
1) împrăștierea Rayleigh
2) împrăștierea Raman-Stokes
3) împrăștierea Raman-Anti-Stokes
împrăștierea Rayleigh, numită în onoarea Domnului Rayleigh care a identificat efectul radiației, este uneori denumită împrăștiere elastică. Acest efect va apărea atunci când raza sferei de lovire este semnificativ mai mică decât cea incidentălungimea de undă. (14) ca atare, fotonul împrăștiat își păstrează lungimea de undă incidentă (precum și frecvența și energia). Majoritatea fotonilor care sunt împrăștiați la interacțiunea cu un sistem molecular doso în acest mod elastic. (1)
cu toate acestea, uneori,atunci când fotonii sunt împrăștiați datorită vibrațiilor moleculelor prezente într-un mediu transparent, există o schimbare a lungimii de undă în comparație cu cea a lungimii de undă accidentale. Apariția unei astfel de schimbări a fost denumită efectul Raman (numit după C. V. Raman, fizicianul din India care a descoperit efectul). Schimbarea lungimii de undă care caracterizează împrăștierea Raman poate fi la fel de mare ca4000 cm-1. (15) după cum se arată în ecuația de mai jos, gradul de deplasare a lui Raman depinde de masa atomilor unei anumite legături coalente și de puterea legăturii.

shiftequation
în cazul în care se măsoară puterea legăturii, în timp ce se măsoară masa redusă. (2)

două forme diferite de împrăștiere Raman sunt posibile deoarecefotonii de lumină care sunt împrăștiați pot câștiga sau pierde energie în comparație cu energia incidentă. Dacă o moleculă care începe în starea sa de bază vibrațională este excitată la o stare virtuală (rezultată din polarizarea norului de electroni) la absorbția unui foton incidentși revine la o stare vibrațională de energie mai mare, atunci fotonul împrăștiat emis are mai puțină energie (lungime de undă mai lungă) decât fotonul incident. Excesul de energie a fost câștigat de cătremediu de împrăștiere. Acest tip de efect Raman se numește Stokesscattering. (6)
pe de altă parte, dacă molecula începe într-o stare vibrațională mai mare și este ridicată la o stare virtuală de energie mai mare după absorbția unui foton, revenirea acestei molecule la starea de vibrație la sol va fi caracterizată prin emisia unui foton de energie mai mare (lungime de undă mai scurtă) decât cea a fotonului incident. Ca atare, energia a fost pierdută prin împrăștieremediu. Acest tip de efect Raman se numește anti-Stokesspattering. (6)
Tabelul 1, de mai jos, prezintă o comparație între principalele concepte de împrăștiere Raleigh și împrăștiere Raman. În plus, figura 1 prezintă o comparație a diagramelor energetice pentru fiecare dintre aceste tipuride împrăștiere.

Tabelul 1-Compararea Raleigh și RamanScattering

RaleighScattering RamanScattering
StokesScattering anti-StokesScattering
Elasticeîmbătrânire Inelasticăîmbătrânire Inelasticăîmbătrânire
fotonul împrăștiat își păstrează energia incidentă fotonul împrăștiat are mai puțină energie decât fotonul incident fotonul împrăștiat are mai multă energie decât fotonul incident
energia fotonică este conservată energia este câștigată de mediu energia este pierdută de mediu

Figura 1-diagrame energetice pentru împrăștierea Raleigh andRaman (6)
ramanediagram

efectul Raman este un efect relativ slab, încomparație cu efectul Rayleigh. Mai puțin de 1% din fotografiile dispersate demonstrează efectul Raman comparativ cu peste 99% care prezintă efectul Rayleigh (4). Dintre thefotons care sunt Ramanscattered, cantitatea de împrăștiere Stokes este mai mare decât cantitateade împrăștiere anti-Stokes. Acest lucru este exprimat în diferența dinintensitatea împrăștierii Stokes și anti-Stokes (vezi figura 2de mai jos). Acest lucru poate fi explicat prin diferențele de populație ale stărilor vibraționale ale unei molecule, care urmează distribuției Boltzmann. Conform acestei distribuții, ar exista mai puține molecule care încep într-o stare vibrațională mai mare în comparație cu starea de vibrație la sol și, prin urmare, mai puține molecule care ar emite fotoni caracteristici împrăștierii anti-Stokes în comparație cu împrăștierea Stokes. (6)

Figura 2: Variațiintensitățile pentru cele trei forme de împrăștiere a fotonilor. (6)
intensity

schimbarea datorată efectului Raman se datoreazăspațiul dintre stările vibraționale și starea de bază. Ca atare,fotonii Stokes și anti-Stokes vor fi împrăștiați o cantitate egală deenergie (mai jos și mai sus, respectiv) din energia fotonului Rayleigh. (6)

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.