Hvad er Raman -spredning?

Når lyset bevæger sig gennem en solid, flydende eller gas, vil noget af lyset være spredt, og bevæger sig i retninger, der adskiller sig fra det indkommende lys.Det meste af det spredte lys bevarer sin originale frekvens mdash;Dette er kendt som elastisk spredning, Rayleigh -spredning er et eksempel.En lille del af det spredte lys vil have en frekvens mindre end den indkommende lys, og en stadig mindre andel vil have en højere frekvens mdash;Dette er kendt som uelastisk spredning.Raman -spredning er en form for uelastisk spredning og er opkaldt efter Chandrasekkara Venkata Raman, der modtog en Nobelpris for sit arbejde om emnet i 1930.

Selvom spredning kan betragtes som lys, der simpelthen reflekterer små partikler, er virkeligheden merekompleks.Når elektromagnetisk stråling, hvoraf lys er en type, interagerer med et molekyle, kan den fordreje formen på molekylets elektronsky;I hvilket omfang dette sker er kendt som molekylets polariserbarhed og er afhængig af molekylets struktur og arten af bindingerne mellem dens atomer.Efter interaktion med en let foton kan formen på elektronskyen svinge ved en frekvens relateret til den indkommende foton.Denne svingning får til gengæld molekylet til at udsende en ny foton ved den samme frekvens, hvilket resulterer i elastisk eller rayleigh, spredning.I hvilket omfang Rayleigh og Raman -spredning forekommer afhænger af polariserbarheden af molekylet.

Molekyler kan også vibrere, med bindingslængderne mellem atomer med jævne mellemrum øges eller falder med 10%.Hvis et molekyle er i sin laveste vibrationstilstand, vil en indkommende foton undertiden skubbe den ind i en højere vibrationstilstand, miste energi i processen og resultere i, at den udsendte foton har mindre energi og derfor en lavere frekvens.Mindre almindeligt kan molekylet allerede være over den laveste vibrationstilstand, i hvilket tilfælde den indkommende foton kan få det til at vende tilbage til en lavere tilstand og få energi, der udsendes som en foton med en højere frekvens.

Denne emission af lavere og lavere ogFotoner med højere frekvens er formen for uelastisk spredning kendt som Raman -spredning.Hvis spektret af det spredte lys analyseres, viser det en linje ved den indkommende frekvens på grund af Rayleigh -spredning, med mindre linjer ved lavere frekvenser og stadig mindre linjer ved højere frekvenser.Disse lavere og højere frekvenslinjer, kendt som henholdsvis Stokes og Anti-Stokes-linjer, forekommer med de samme intervaller fra Rayleigh-linjen, og det overordnede mønster er karakteristisk for Raman-spredning.

Da frekvensintervallerne, hvor Stokes og anti-Stokes -linjer vises er afhængige af de typer molekyler, som lys interagerer med, Raman -spredning kan bruges til at bestemme den sammensætning, som en prøve af materiale, for eksempel, mineraler, der er til stede i et stykke sten.Denne teknik er kendt som Raman -spektroskopi og anvender normalt en monokromatisk laser som lyskilden.Særlige molekyler vil hver producere et unikt mønster af Stokes og Anti-Stokes linjer, hvilket muliggør deres identifikation.