Рамановская спектроскопия. Спектроскопия комбинационного рассеяния света

Что такое эффект Рамана и рамановская спектроскопия?

2

Возникновение в рассеянном свете смещенных частот по отношению к частоте падающего излучения и является эффектом Рамана.

Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния) – неразрушающий, бесконтактный, быстрый метод физико-химического анализа, не требующий специальной пробоподготовки. Можно анализировать твердые, жидкие, порошкообразные образцы, газы, водные растворы, взвеси, суспензии и т.д.

Эффект Рамана применяется в качестве метода спектрального анализа, так как разница энергий поглощенного и испущенного фотонов (или сдвиг частоты) в точности равна энергии перехода между уровнями молекулы. Спектральный набор таких сдвигов является уникальной характеристикой для каждого определенного химического соединения, и служит своего рода "отпечатком пальца" молекулы вещества.

История открытия

3

Мандельштам Леонид Исаакович

Ландсберг Григорий Самуилович

Эффект Рамана был открыт в 1928 году Л.И. Мандельштамом и Г.С. Ландсбергом в твердых телах, Ч.В. Раманом и К.С. Кришнаном в жидкостях.

Кришнан Кариаманиккам Сриниваза
(Krishnan Kariamanikkam Srinivasa)

Чандрасекхара Венката Раман
(Raman Chandrasekhara Venkata )

История открытия

4

Рамановское рассеяние

5

Объяснение эффекта Рамана: классическая теория

6

Внешнее электромагнитное поле напряженностью E и частотой колебаний v₀:

E₀ - амплитуда, t – время

Дипольный момент , связанный с искажением электронного облака атомов:

α - поляризуемость

Направление поляризации в общем случае не совпадает с направлением приложенного поля. Тогда у поляризуемости могут быть проекции.
Запишем тензор поляризуемости:

Объяснение эффекта Рамана: классическая теория

7

Если молекула колеблется с частотой v₁ , то смещение ядер q выражается как:

q₀ - колебательная амплитуда

При малых колебаниях можем разложить поляризуемость в ряд Тейлора:

α₀ - поляризуемость

Объединив последние два выражения и подставив их во второе уравнение, получим:

Объяснение эффекта Рамана: классическая теория

8

Воспользуемся тригонометрической формулой и перепишем в окончательном виде наше уравнение:

Релеевское рассеяние

Антистоксово рассеяние

Стоксово рассеяние

Рамановское рассеяние

9

Объяснение эффекта Рамана: квантовая теория

Энергетические состояния при рассеянии Рэлея и Рамана