WikiSort.ru - Не сортированное

Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния) — вид спектроскопии, в основе которой лежит способность исследуемых систем (молекул) к неупругому (рамановскому, или комбинационному) рассеянию монохроматического света.

Принцип работы

Суть метода заключается в том, что через образец исследуемого вещества пропускают луч с определенной длиной волны, который при контакте с образцом рассеивается. Полученные лучи с помощью линзы собираются в один пучок и пропускаются через светофильтр, отделяющий слабые (0,001 % интенсивности) рамановские лучи от более интенсивных (99,999 %) рэлеевских. «Чистые» рамановские лучи усиливаются и направляются на детектор, который фиксирует их частоту.

История

В 1918 г. Л. И. Мандельштам предсказал расщепление линии рэлеевского рассеяния вследствие рассеяния света на тепловых акустических волнах, а в 1923 году независимо от Мандельштама Смекал теоретически предсказал явление неупругого рассеяния. Впоследствии 21 февраля 1928 г. Ландсберг и Мандельштам обнаружили эффект комбинационного рассеяния света в кристаллах, а 28 февраля 1928 года Ч. В. Раман и его студент К. С. Кришнану обнаружили линии спектра нового излучения в экспериментах по рассеянию света в жидкостях и парах. Для этого Ч. В. Раман и К. С. Кришнан сконструировали специальный спектрометр, который с помощью телескопа фокусировал солнечные лучи на образце чистой жидкости. Используя систему светофильтров, ученым удалось отделить лучи с частотой колебаний, отличной от падающих, что указывало на существование нерэлеевского рассеяния.

Строение Раман-спектрометра

Раман-спектрометр состоит из четырёх основных компонентов:

1. источник монохроматического излучения (лазер);
2. система освещения образца и фокусировки лучей;
3. светофильтр;
4. системы обнаружения и компьютерного контроля.

Источники возбуждающего света

Преимущественно как источник возбуждающего света используют лазеры на таких рабочих телах, как Ar⁺ (351,1-514,5 нм), Kr⁺ (337,4-676,4 нм) и He-Ne (632,8 нм). В последние годы внедряются также лазеры Nd:YAG, диоды и эксимерные лазеры для УФ резонансной Раман-спектроскопии. Со времени появления спектроскопии до открытия лазера (1960-е годы) единственным источником возбуждения были ртутные лампы с дополнительным светофильтром. Для того чтобы достичь необходимой мощности, в комплект таких ламп входили специальные усилители.

Система освещения образца

Лазерный луч достаточно близок к идеальной плоской монохроматической волне, поэтому его можно сфокусировать на образце в пятно, сечение которого будет ограничено только дифракционным пределом волновой оптики (т. е. порядка десятых долей микрона для видимого диапазона). Рассеянные лучи направляют на светофильтр чаще с помощью системы сборных и фокусирующих линз, хотя также применяют систему зеркал. Система ахроматических линз может иметь две конфигурации, в зависимости от того, фиксируются лучи, рассеивающиеся под углом 90° (а) или под углом 180° (б).

Светофильтры

Как правило, используются интерференционные фильтры, в которых две оптические плоскости способны пропускать только лучи с длинами волн, кратными удвоенной толщине фильтра. Недавно начали применяться и акустические фильтры.

Детекторы

В связи с малой интенсивностью рамановского сигнала, к детекторам применяются серьезные требования, а потому фотографические пленки уступили место высокочувствительным фотодетекторам.

Источники

• John Ferarro. Introductory Raman spectroscopy. — Academic press, 2003. (англ.)
• Ewen Smith, Geoffrey Dent. Modern Raman spectroscopy — A practical approach. — John Wiley & Sons, LTD, 2005.