Основы комбинационного или рамановского рассеяния
При облучении молекул светом, будет наблюдаться явление рассеяния света от этих молекул. Большинство рассеянного света имеют одинаковую частоту с падающим светом, но некоторая доля света имеет отличительную частоту из-за взаимодействия между колебанием света и колебаниями молекул. Явление рассеяния света при изменении частоты называется комбинационным рассеянием или рамановским рассеянием. Поскольку эта частотная модуляция характерна для молекулярных колебаний и фононов в кристалле, можно анализировать информацию о составе материала или кристаллической решетки с помощью анализа спектра комбинационного рассеянного света. Этот метод анализа называют рамановской спектроскопией. Кроме того, для анализа в микроскопической области, спектроскопия комбинационного рассеяния может сочетается с микроскопом в качестве микро-спектроскопии комбинационного рассеяния.
В последнее время становится очень популярным, что спектр комбинационного рассеяния измеряется в каждой точке области, а изображение микроскопа реконструируется в виде распределение спектральной информации в определенной полосе спектра. Рамановский инструмент, который имеет возможность показать спектральное изображение комбинационного рассеяния, называется рамановским микроскопом.
Рамановский рассеянный свет содержит различную информацию о молекулах в веществе. Чтобы интерпретировать спектр, нужно разделить рассеянный свет по длине волны, где можно обнаружить большой пик рассеянного света Рэлея, равный длине волны падающего света, а рассеянный рамановский спектр наблюдается с обеих сторон от пика Рэлэя, как показано на рисунке выше. Обнаруженные пики на стороне с более короткой длиной волны, чем рассеянный свет Рэлея, называется антистоксовой линией, а обнаруженные пики на стороне с более длинной длиной волны называется линией Стокса. В общем случае для анализа используются линии Стокса с более высокой интенсивностью. Поскольку интенсивность рассеянного света комбинационного рассеяния является чрезвычайно слабой, примерно от 10 до 6-й степени интенсивности рассеянного света Рэлея, поэтому необходимо использовать источник света высокой интенсивности, такой как лазер.
Информация о каждой дисперсной длине волны преобразуется в волновое число (1/λ) и вычисляется разница с числом волн падающего света. Разница между волновыми числами на горизонтальной оси и интенсивностью на вертикальной оси называется спектром комбинационного или рамановского рассеяния. По горизонтальной оси вы можете прочитать информацию о молекулярных вибрациях, а с вертикальной оси - силу активности.
Следующее видео показано рамановский рассеянный света воды, где интуитивно можно понять и увидеть комбинационное рассеяние.
Информация о колебаниях молекул может быть определена из горизонтальной оси спектра комбинационного рассеяния, а интенсивность активности - с вертикальной оси (правая фигура). В частности, (1) можно определить тип и качество химических связей. Кроме того, если это кристаллическое вещество, можно увидеть (2) степень кристаллизации и (3) искажение кристаллической решетки. Также возможно рассчитать относительную концентрацию (4) по интенсивности на вертикальной оси.
Простое руководство по чтению Рамановского пика.
1. Распределение молекулярной структуры (ПЭТ-спектр).
2. Оценка кристалличности.
3. Анализ напряжений
4. Оценка концентрации. Изменение спектра комбинационного рассеяния с концентрацией этанола.