Co je to Raman rozptyl?

Když světlo cestuje pevnou, kapalinou nebo plynem, některé světlo bude rozptýleno a cestuje pokyny, které se liší od světla příchozího světla. Většina rozptýleného světla si zachová svou původní frekvenci - to je známé jako elastický rozptyl, Rayleigh rozptyl je příkladem. Malá část rozptýleného světla bude mít frekvenci menší než u příchozího světla a stále menší poměr bude mít vyšší frekvenci - to se nazývá nepružný rozptyl. Ramanův rozptyl je formou neelastického rozptylu a je pojmenován po Chandrasekkara Venkata Raman, který získal Nobelovu cenu za svou práci na toto téma v roce 1930.

Ačkoli rozptyl lze považovat za světlo, které jednoduše odráží malé částice, realita je složitější. Když elektromagnetické záření, jehož světlo je typ, interaguje s molekulou, může zkreslit tvar elektronového mraku molekuly; rozsah, v jakém k tomu dochází, je známý jako PolaRizabilita molekuly a závisí na struktuře molekuly a povaze vazby mezi jejími atomy. Po interakci s lehkým fotonem může tvar elektronového cloudu oscilovat na frekvenci související s frekvencí příchozího fotonu. Tato oscilace zase způsobí, že molekula vydává nový foton na stejné frekvenci, což vede k elastickému nebo Rayleighovi rozptylu. Rozsah, v jakém dochází k rozptylu Rayleigh a Raman, závisí na polarizovatelnosti molekuly.

molekuly mohou také vibrovat, přičemž délky vazby mezi atomy periodicky rostou nebo snižují o 10%. Pokud je molekula v nejnižším vibračním stavu, někdy jej přicházející foton posune do vyššího vibračního stavu, ztrácí energii v procesu a povede k tomu, že emitovaný foton má menší energii, a tedy nižší frekvenci. Méně obyčejně může molekula jižbýt nad jeho nejnižší vibrační stav, v takovém případě by příchozí foton mohl způsobit, že se vrátí do dolního stavu a získává energii, která je emitována jako foton s vyšší frekvencí.

Tato emise fotonů s nižší a vyšší frekvencí je formou neelastického rozptylu známého jako Ramanovy rozptyl. Pokud je analyzováno spektrum rozptýleného světla, zobrazí se linii na příchozí frekvenci kvůli rozptylu Rayleigh, s menšími liniemi při nižších frekvencích a stále menšími liniemi při vyšších frekvencích. Tyto nižší a vyšší frekvenční linie, známé jako linie Stokes a Anti-Stokes, se vyskytují ve stejných intervalech z linie Rayleigh a celkový vzorec je charakteristický pro Ramanovy rozptyl.

Vzhledem k tomu, že se objevují frekvenční intervaly, ve kterých se objevují linie Stokes a Anti-Stokes, závisí na typech molekul, se kterými světlo interaguje, lze k určení složení vzorku materiálu použity Ramanovy rozptyl, například minerály Present v kusu skály. Tato technika je známá jako Ramanova spektroskopie a obvykle používá monochromatický laser jako světelný zdroj. Konkrétní molekuly vytvoří jedinečný vzorec linií Stokes a Anti-Stokes, což umožní jejich identifikaci.