O que é o Raman Scattering?

Quando a luz viaja através de um sólido, líquido ou gás, parte da luz é dispersa, viajando em direções diferentes da da luz que chega. A maior parte da luz dispersa manterá sua frequência original - isso é conhecido como dispersão elástica, sendo a dispersão Rayleigh um exemplo. Uma pequena proporção da luz dispersa terá uma frequência menor que a da luz que entra e uma proporção ainda menor terá uma frequência mais alta - isso é conhecido como dispersão inelástica. A dispersão Raman é uma forma de dispersão inelástica e recebeu o nome de Chandrasekkara Venkata Raman, que recebeu um Prêmio Nobel por seu trabalho sobre o assunto em 1930.

Embora a dispersão possa ser pensada como luz simplesmente refletindo pequenas partículas, a realidade é mais complexa. Quando a radiação eletromagnética, da qual a luz é um tipo, interage com uma molécula, ela pode distorcer a forma da nuvem de elétrons da molécula; a extensão em que isso acontece é conhecida como polarizabilidade da molécula e depende da estrutura da molécula e da natureza das ligações entre seus átomos. Após a interação com um fóton claro, a forma da nuvem de elétrons pode oscilar a uma frequência relacionada à do fóton recebido. Essa oscilação, por sua vez, faz com que a molécula emita um novo fóton na mesma frequência, resultando na dispersão elástica ou Rayleigh. A extensão em que ocorre a dispersão de Rayleigh e Raman depende da polarizabilidade da molécula.

As moléculas também podem vibrar, com os comprimentos de ligação entre os átomos periodicamente aumentando ou diminuindo em 10%. Se uma molécula estiver em seu estado vibratório mais baixo, algumas vezes um fóton entrará em um estado vibracional mais alto, perdendo energia no processo e resultando no fóton emitido tendo menos energia e, portanto, uma frequência mais baixa. Menos comumente, a molécula pode já estar acima do seu estado vibratório mais baixo; nesse caso, o fóton recebido pode reverter para um estado mais baixo, ganhando energia que é emitida como um fóton com uma frequência mais alta.

Essa emissão de fótons de baixa e alta frequência é a forma de espalhamento inelástico conhecido como espalhamento Raman. Se o espectro da luz dispersa for analisado, ele mostrará uma linha na frequência de entrada devido à dispersão de Rayleigh, com linhas menores em frequências mais baixas e linhas ainda menores em frequências mais altas. Essas linhas de frequência inferior e superior, conhecidas como linhas de Stokes e anti-Stokes, respectivamente, ocorrem nos mesmos intervalos da linha de Rayleigh e o padrão geral é característico da dispersão Raman.

Como os intervalos de frequência nos quais as linhas de Stokes e anti-Stokes aparecem dependem dos tipos de moléculas com as quais a luz está interagindo, a dispersão Raman pode ser usada para determinar a composição de uma amostra de material, por exemplo, os minerais presentes em uma peça. de pedra. Essa técnica é conhecida como espectroscopia Raman e normalmente emprega um laser monocromático como fonte de luz. Cada molécula específica produzirá um padrão único de linhas Stokes e anti-Stokes, permitindo sua identificação.