Wat is Raman verstrooiing?

Wanneer het licht door een vaste stof, vloeistof of gas reist, zal een deel van het licht worden verspreid, die in richtingen reizen die verschillen van die van het binnenkomende licht. Het grootste deel van het verspreide licht zal zijn oorspronkelijke frequentie behouden - dit staat bekend als elastische verstrooiing, Rayleigh -verstrooiing is een voorbeeld. Een klein deel van het verspreide licht zal een frequentie minder hebben dan die van het binnenkomende licht en een nog kleinere verhouding zal een hogere frequentie hebben - dit staat bekend als inelastische verstrooiing. Raman Scattering is een vorm van inelastische verstrooiing en is vernoemd naar Chandrasekkara Venkata Raman, die in 1930 een Nobelprijs ontving voor zijn werk over het onderwerp.

Hoewel verstrooiing kan worden beschouwd als licht die eenvoudigweg kleine deeltjes reflecteert, is de realiteit complexer. Wanneer elektromagnetische straling, waarvan licht een type is, interageert met een molecuul, kan dit de vorm van de elektronwolk van het molecuul vervormen; De mate waarin dit gebeurt, staat bekend als de polaRegeerbaarheid van het molecuul en is afhankelijk van de structuur van het molecuul en de aard van de bindingen tussen zijn atomen. Na interactie met een lichtfoton kan de vorm van de elektronenwolk oscilleren met een frequentie gerelateerd aan die van het inkomende foton. Deze oscillatie zorgt ervoor dat het molecuul een nieuw foton met dezelfde frequentie uitzendt, wat resulteert in elastiek of rayleigh, verstrooiing. De mate waarin Rayleigh en Raman -verstrooiing optreden, is afhankelijk van de polariseerbaarheid van het molecuul.

moleculen kunnen ook trillen, waarbij de bindingslengtes tussen atomen periodiek toenemen of afnemen met 10%. Als een molecuul zich in de laagste vibratietoestand bevindt, zal een inkomend foton het soms in een hogere vibratietoestand duwen, energie verliezen in het proces en resulteert in het uitgezonden foton met minder energie en dus een lagere frequentie. Minder vaak zou het molecuul al kunnenboven de laagste vibratietoestand zijn, in welk geval het inkomende foton ertoe kan leiden dat het terugkeert naar een lagere toestand en energie krijgt die wordt uitgestoten als een foton met een hogere frequentie.

Deze emissie van fotonen met een lagere en hogere frequentie is de vorm van inelastische verstrooiing die bekend staat als Raman -verstrooiing. Als het spectrum van het verspreide licht wordt geanalyseerd, vertoont het een lijn op de inkomende frequentie als gevolg van Rayleigh -verstrooiing, met kleinere lijnen bij lagere frequenties en nog kleinere lijnen bij hogere frequenties. Deze lagere en hogere frequentielijnen, respectievelijk bekend als stokes en anti-stokes lijnen, komen op dezelfde intervallen uit de Rayleigh-lijn en het algemene patroon is kenmerkend voor Raman-verstrooiing.

Aangezien de frequentie-intervallen waarbij de stokes en anti-stokes lijnen verschijnen, afhankelijk is van de soorten moleculen waarmee licht interactie is, kan ramanverstrooiing worden gebruikt om de samenstelling te bepalen een monster van materiaal, bijvoorbeeld de mineralen-present in een stuk rots. Deze techniek staat bekend als Raman -spectroscopie en gebruikt normaal een monochromatische laser als de lichtbron. Bepaalde moleculen zullen elk een uniek patroon van stokes en anti-stokes lijnen produceren, waardoor hun identificatie mogelijk is.