Kas ir Ramana izkliede?

Lai gan izkliedi var uzskatīt par gaismu, kas vienkārši atstaro mazas daļiņas, realitāte ir sarežģītāka. Kad elektromagnētiskais starojums, kura veids ir gaisma, mijiedarbojas ar molekulu, tas var izkropļot molekulas elektronu mākoņa formu; to, cik lielā mērā tas notiek, sauc par molekulas polarizējamību, un tas ir atkarīgs no molekulas struktūras un saišu rakstura starp tās atomiem. Pēc mijiedarbības ar gaismas fotonu elektronu mākoņa forma var svārstīties ar frekvenci, kas ir saistīta ar ienākošā fotona frekvenci. Šīs svārstības savukārt liek molekulai izstarot jaunu fotonu ar tādu pašu frekvenci, kā rezultātā rodas elastīga jeb Reilija izkliede. Reileja un Ramana izkliedes pakāpe ir atkarīga no molekulas polarizējamības.

Molekulas var arī vibrēt, saišu garumiem starp atomiem periodiski palielinoties vai samazinoties par 10%. Ja molekula atrodas viszemākajā vibrāciju stāvoklī, dažkārt ienākošais fotons to nospiež augstākās vibrācijas stāvoklī, zaudējot enerģiju, kā rezultātā izstarotajam fotonam ir mazāk enerģijas un līdz ar to arī zemāka frekvence. Retāk molekula jau var būt virs tās zemākās vibrācijas stāvokļa, un tādā gadījumā ienākošais fotons var likt tai atgriezties zemākā stāvoklī, iegūstot enerģiju, kas tiek izstarota kā fotons ar augstāku frekvenci.

Šī zemākas un augstākas frekvences fotonu emisija ir neelastīgās izkliedes forma, kas pazīstama kā Ramana izkliede. Ja tiek analizēts izkliedētās gaismas spektrs, tas parādīs līniju ienākošajā frekvencē Reilija izkliedes dēļ ar mazākām līnijām zemākām frekvencēm un vēl mazākām līnijām augstākās frekvencēs. Šīs zemākās un augstākās frekvences līnijas, kas attiecīgi pazīstamas kā Stoksa un anti-Stoks līnijas, notiek ar tādiem pašiem intervāliem no Reilija līnijas, un kopējais modelis ir raksturīgs Ramana izkliedei.

Tā kā frekvences intervāli, kuros parādās Stoksa un antistoksa līnijas, ir atkarīgi no molekulu veidiem, ar kurām gaisma mijiedarbojas, Ramana izkliedi var izmantot, lai noteiktu materiāla parauga sastāvu, piemēram, gabalā esošos minerālus. no klints. Šī metode ir pazīstama kā Ramana spektroskopija, un parasti kā gaismas avotu izmanto monohromatisku lāzeru. Atsevišķas molekulas radīs unikālu Stoksa un anti-Stoks līniju modeli, kas ļaus to identificēt.