Ramano sklaida
5 (100%) 1 vote

Ramano sklaida

Ramano sklaida – tai monochromatinės šviesos išsklaidymas medžiagoje, kurio metu pakinta šviesos dažnis. Išsklaidytosios šviesos spektre atsiradusių naujų spektro linijų dažniai yra krintančiosios šviesos ir išsklaidančiųjų medžiagų molekulių virpesių bei sukimosi šuolių dažnių derinys. Ramano sklaidos spektro ir jį papildančių ultravioletinio bei infraraudonojo spektrų tyrimais naudojamasi kokybinėje ir kiekybinėje sudėtingų mišinių analizėje, tiriant molekulių sandarą ir jų sąveiką. Šie spektrai susidaro vykstant elektronų šuoliams tarp elektroninių, vibracinių ir rotacinių lygmenų.

Dalis (10-5 – 10-6 krintančiosios šviesos) lygiagretaus šviesos pluošto, einančio per skaidrią medžiagą, esančią kiuvetėje, išsklaidoma visomis kryptimis. Esant Ramano sklaidai, pasikeičia ir išsklaidytosios šviesos dažnis. Kvantinė spinduliuotės teorija Ramano sklaidą aiškina šviesos kvantų ir medžiagos molekulių sąveika. Leidžiant per medžiagą monochromatinę spinduliuotę (pavyzdžiui, 400 nm bangos ilgio), šviesos kvantai susiduria su įvairių virpesių energijos būsenų molekulėmis. Tačiau nors molekulė ir gauna energijos iš krintančios šviesos, bet ji nesužadinama tikrąją to žodžio prasme, t.y. iki tam tikro energijos lygmens, o tik sklindant bangai įgyja tam tikrą perteklinę energiją (1 pav., a). Prasklidus bangai, molekulė grįžta į buvusį energijos lygmenį. Dauguma susidūrimų yra tamprieji, todėl išsklaidytų kvantų energija, kartu ir dažnis , nekinta. Šviesos sklaida, kai nesikeičia dažnis, vadinama klasikine. Tačiau egzistuoja tikimybė, nors ir gana maža, kad, be tampriųjų, vyks ir netamprieji susidūrimai, kurių metu kvantai dalį savo energijos atiduos molekulei. Šiuo atveju molekulė pereis į kitą vibracinį energijos lygmenį, pavyzdžiui, iš lygmens į lygmenį , o išsklaidyto kvanto energija pagal energijos tvermės dėsnį sumažės tuo pačiu dydžiu . Išsklaidytosios šviesos spektre bus gaunama vadinamoji ilgabangė Ramano linija (ji dar vadinama raudonąja arba Stokso linija):

(1)

(2)

Medžiagoje visuomet yra nedidelis skaičius sužadintų molekulių, t.y. tokių, kurių vibracinis lygmuo aukštesnis. Susidūrus kvantui su tokia molekule, galimas energijų pasikeitimas, kurių metu molekulė pereina į žemesnį energijos lygmenį, o kvanto energija padidėja dydžiu . Išsklaidytosios šviesos spektre gaunama vadinamoji trumpabangė Ramano linija (ji dar vadinama violetine arba antitoksine linija):

(3)

(4)

Vadinasi, išsklaidytoje šviesoje greta pirminės spektro linijos, kurios dažnis , atsiranda papildomų linijų, kurių dažniai . Ramano sklaidos spektrų kilmės schema parodyta 1 pav.

Netampriųjų susidūrimų tikimybė yra maža, todėl Stokso linijos yra mažo intensyvumo: jų intensyvumas šimtas ir daugiau kartų mažesnis už Reilėjaus linijų intensyvumą. Tačiau dar mažiau intensyvios yra antitoksinės linijos, nes žemoje temperatūroje sužadintų molekulių dalis yra nykstamai maža. Reilėjaus, Stokso ir antitoksinės linijų intensyvumas palygintas 1 pav., b ir 2 pav.



1pav. Ramano sklaidos spektrų kilmės schema: a – energijos lygmenų diagrama; b – Ramano sklaidos spektras (linijų plotis rodo santykinį sklaidos intensyvumą); E0 – krintančiosios šviesos energija; – vibraciniai energijos lygmenys.

2 pav. Linijų intensyvumas tetrachlormetano Ramano sklaidos spektre.

Iš Stokso linijų poslinkio galima apskaičiuoti , t.y. gauti informaciją apie tiriamųjų molekulių energijos lygmenis. Molekulės rotacinių ir vibracinių lygmenų skirtumai nedideli, o atitinkamų šuolių kvantai yra mikrobangoje ir infraraudonojoje spektro srityje. Pasinaudojant Ramano sklaidos reiškiniu galima nustatyti molekulinius virpesius regimajame spektre, t.y. matuoti patogioje spektro srityje. Tai vienas iš Ramano spektroskopijos metodo pranašumų. Be to, nustatant molekulių sandarą, Ramano sklaidos spektrai papildo infraraudonuosius spektrus. Absorbcijos juostos bangos skaičiaus skaitinė vertė infraraudonajame spektre gali sutapti su verte Ramano sklaidos spektre, nes jų vertės sąlygojamos tų pačių virpesinių šuolių.

Molekulės, nesudarančios būdingų infraraudonųjų spektrų, gali būti aktyvios ir sudaryti Ramano sklaidos spektrą, nes šuolių tarp molekulės energijos lygmenų tikimybė Ramano sklaidos spektre susijusi su jos poliarizuojamumu. Ramano sklaidos spektras gaunamas tik tuomet, kai dėl virpesinių šuolių keičiasi molekulės poliarizuojamumas. Kadangi infraraudonasis ir Ramano sklaidos spektrai yra skirtingos kilmės, tai tų pačių virpesių aktyvumas šiuose spektruose yra skirtingas. Simetrinių molekulių infraraudonajame spektre yra aktyvūs asimetriniai virpesiai, Ramano sklaidos spektre – simetriniai. Mažėjant molekulės simetrijai, dauguma virpesių yra pakankamai aktyvūs abiejuose spektruose. Esant poliniam ryšiui, infraraudonajame spektre registruojama intensyvi elektromagnetinės spinduliuotės absorbcija; Ramano sklaidos spektruose intensyvios linijos (spektre jos registruojamos kaip juostos) atsiranda dėl nepolinių ryšių simetrinių virpesių. Matome, kad Ramano sklaidos (3 pav.) ir infraraudonieji spektrai papildo vienas kitą. Naudojant šiuos metodus kartu, galima
gauti daug informacijos apie tiriamos medžiagos molekulių virpesių dažnį.

Šiuo metu Jūs matote 34% šio straipsnio.
Matomi 747 žodžiai iš 2203 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.