Raman-Effekt-Physik

Raman-Effekt, Änderung der Wellenlänge des Lichts, die auftritt, wenn ein Lichtstrahl von Molekülen abgelenkt wird. Wenn ein Lichtstrahl eine staubfreie, transparente Probe einer chemischen Verbindung durchquert, tritt ein kleiner Teil des Lichts in andere Richtungen als die des einfallenden (einfallenden) Strahls aus. Der größte Teil dieses gestreuten Lichts hat eine unveränderte Wellenlänge. Ein kleiner Teil hat jedoch Wellenlängen, die sich von denen des einfallenden Lichts unterscheiden. seine Anwesenheit ist ein Ergebnis des Raman-Effekts.

Das Phänomen ist nach dem indischen Physiker Sir Chandrasekhara Venkata Raman benannt, der erstmals 1928 Beobachtungen des Effekts veröffentlichte. (Der österreichische Physiker Adolf Smekal beschrieb den Effekt 1923 theoretisch. Er wurde erstmals eine Woche vor Raman von den russischen Physikern Leonid Mandelstam und Grigory beobachtet Landsberg; sie veröffentlichten ihre Ergebnisse jedoch erst Monate nach Raman.)

Raman-Streuung ist vielleicht am leichtesten zu verstehen, wenn das einfallende Licht aus Teilchen oder Photonen (mit Energie proportional zur Frequenz) besteht, die auf die Moleküle der Probe treffen. Die meisten Begegnungen sind elastisch und die Photonen werden mit unveränderter Energie und Frequenz gestreut. In einigen Fällen nimmt das Molekül jedoch Energie von den Photonen auf oder gibt Energie an diese ab, die dadurch mit verringerter oder erhöhter Energie und damit mit niedrigerer oder höherer Frequenz gestreut werden. Die Frequenzverschiebungen sind somit ein Maß für die Energiemengen, die am Übergang zwischen Anfangs- und Endzustand des Streumoleküls beteiligt sind.

Der Raman-Effekt ist schwach; Für eine flüssige Verbindung kann die Intensität des betroffenen Lichts nur 1 / 100.000 dieses einfallenden Strahls betragen. Das Muster der Raman-Linien ist charakteristisch für die jeweilige Molekülspezies und ihre Intensität ist proportional zur Anzahl der Streumoleküle im Lichtweg. Daher werden Raman-Spektren in der qualitativen und quantitativen Analyse verwendet.

Die Energien, die den Raman-Frequenzverschiebungen entsprechen, sind die Energien, die mit Übergängen zwischen verschiedenen Rotations- und Schwingungszuständen des Streumoleküls verbunden sind. Reine Rotationsverschiebungen sind klein und schwer zu beobachten, mit Ausnahme derjenigen einfacher gasförmiger Moleküle. In Flüssigkeiten werden Rotationsbewegungen behindert und diskrete Raman-Rotationslinien werden nicht gefunden. Die meisten Raman-Arbeiten befassen sich mit Schwingungsübergängen, die größere Verschiebungen ergeben, die für Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe beobachtbar sind. Gase haben bei normalen Drücken eine niedrige Molekülkonzentration und erzeugen daher sehr schwache Raman-Effekte; Daher werden Flüssigkeiten und Feststoffe häufiger untersucht.