Рамановская спектроскопия

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 частоту их колебания.

История

В 1923 году Смекал теоретически предсказал явление неупругого рассеяния. Впоследствии в 1928 г. Раману и Шриману удалось доказать его экспериментально. Для этого был сконструирован 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 другого, 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, учитывая его малый диаметр (~ 1 мм), несложно сфокусировать на образце. 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.

Отрывок, характеризующий Рамановская спектроскопия

Действия русского и французского войск во время обратной кампании от Москвы и до Немана подобны игре в жмурки, когда двум играющим завязывают глаза и один изредка звонит колокольчиком, чтобы уведомить о себе ловящего. Сначала тот, кого ловят, звонит, не боясь неприятеля, но когда ему приходится плохо, он, стараясь неслышно идти, убегает от своего врага и часто, думая убежать, идет прямо к нему в руки.
Сначала наполеоновские войска еще давали о себе знать – это было в первый период движения по Калужской дороге, но потом, выбравшись на Смоленскую дорогу, они побежали, прижимая рукой язычок колокольчика, и часто, думая, что они уходят, набегали прямо на русских.
При быстроте бега французов и за ними русских и вследствие того изнурения лошадей, главное средство приблизительного узнавания положения, в котором находится неприятель, – разъезды кавалерии, – не существовало. Кроме того, вследствие частых и быстрых перемен положений обеих армий, сведения, какие и были, не могли поспевать вовремя. Если второго числа приходило известие о том, что армия неприятеля была там то первого числа, то третьего числа, когда можно было предпринять что нибудь, уже армия эта сделала два перехода и находилась совсем в другом положении.
Одна армия бежала, другая догоняла. От Смоленска французам предстояло много различных дорог; и, казалось бы, тут, простояв четыре дня, французы могли бы узнать, где неприятель, сообразить что нибудь выгодное и предпринять что нибудь новое. Но после четырехдневной остановки толпы их опять побежали не вправо, не влево, но, без всяких маневров и соображений, по старой, худшей дороге, на Красное и Оршу – по пробитому следу.
Ожидая врага сзади, а не спереди, французы бежали, растянувшись и разделившись друг от друга на двадцать четыре часа расстояния. Впереди всех бежал император, потом короли, потом герцоги. Русская армия, думая, что Наполеон возьмет вправо за Днепр, что было одно разумно, подалась тоже вправо и вышла на большую дорогу к Красному. И тут, как в игре в жмурки, французы наткнулись на наш авангард. Неожиданно увидав врага, французы смешались, приостановились от неожиданности испуга, но потом опять побежали, бросая своих сзади следовавших товарищей. Тут, как сквозь строй русских войск, проходили три дня, одна за одной, отдельные части французов, сначала вице короля, потом Даву, потом Нея. Все они побросали друг друга, побросали все свои тяжести, артиллерию, половину народа и убегали, только по ночам справа полукругами обходя русских.
Ней, шедший последним (потому что, несмотря на несчастное их положение или именно вследствие его, им хотелось побить тот пол, который ушиб их, он занялся нзрыванием никому не мешавших стен Смоленска), – шедший последним, Ней, с своим десятитысячным корпусом, прибежал в Оршу к Наполеону только с тысячью человеками, побросав и всех людей, и все пушки и ночью, украдучись, пробравшись лесом через Днепр.
От Орши побежали дальше по дороге к Вильно, точно так же играя в жмурки с преследующей армией. На Березине опять замешались, многие потонули, многие сдались, но те, которые перебрались через реку, побежали дальше. Главный начальник их надел шубу и, сев в сани, поскакал один, оставив своих товарищей. Кто мог – уехал тоже, кто не мог – сдался или умер.