Raman hatásfizika

Raman-effektus, a fény hullámhosszának változása, amely akkor fordul elő, amikor a fénysugár molekulák elhajlik. Amikor a fénysugár áthalad egy pormentes, átlátszó kémiai vegyület mintáján, a fény kis hányadát a bejövő (bejövő) sugár irányától eltérő irányokba bocsátja ki. Ennek a szétszórt fénynek a nagy része változatlan hullámhosszú. Egy kis résznek azonban a hullámhosszától eltérő hullámhosszúság van; jelenléte a Raman-hatás következménye.

A jelenséget Sir Chandrasekhara Venkata Raman indiai fizikusnak nevezték el, aki elsőként megfigyelte a hatást 1928-ban. (Smekal osztrák fizikus elméletileg 1923-ban írta le a hatást. Először csak egy héttel Raman előtt figyelték meg az orosz fizikusok, Leonid Mandelstam és Grigory által. Landsberg; eredményüket azonban csak Raman utáni hónapokban tették közzé.)

A Raman-szórás talán a legkönnyebben érthető, ha a beeső fény részecskékből vagy fotonokból áll (a frekvenciával arányos energiával), amelyek a minta molekuláira ütköznek. A legtöbb találkozás rugalmas, és a fotonok változatlan energiával és frekvenciával vannak szétszórva. Bizonyos esetekben azonban a molekula energiát vesz a fotonoktól vagy feladja az energiát a fotonoktól, amelyek ily módon szétszóródnak csökkent vagy megnövekedett energiával, ennélfogva alacsonyabb vagy magasabb frekvenciával. A frekvenciaeltolódások tehát a szóródó molekula kezdeti és végső állapota közötti átmenetben részt vevő energiamennyiség mérése.

A Raman-hatás enyhe; folyékony vegyület esetén az érintett fény intenzitása csak az adott beeső fény 1/100 000 lehet. A Raman vonalak mintázata jellemző az egyes molekuláris fajokra, intenzitása arányos a fény útján szóródó molekulák számával. Így a Raman spektrumokat kvalitatív és kvantitatív elemzésben használják.

A Raman frekvenciaeltolódásoknak megfelelő energiákat úgy találjuk, hogy a szóródó molekula különböző forgási és vibrációs állapota közötti átmenetekhez kapcsolódnak. A tiszta forgási eltolódások kicsik és nehéz megfigyelhetők, kivéve az egyszerű gáznemű molekulákat. Folyadékokban a forgásmozgások akadályozottak, és nem találhatók diszkrét forgó Raman vonalak. A legtöbb Raman-munka rezgési átmenetekkel foglalkozik, amelyek nagyobb változásokat biztosítanak a gázok, folyadékok és szilárd anyagok esetében. A gázok normál nyomáson alacsony molekuláris koncentrációval rendelkeznek, ezért nagyon gyenge Raman-effektusokat eredményeznek; így a folyadékokat és a szilárd anyagokat gyakrabban tanulmányozzák.