Раман-спектроскопія

Раман-спектроскопія — вид спектроскопії, в основі якої лежить здатність досліджуваних систем (молекул) до непружнього (раманівського) розсіювання монохроматичного світла.

Принцип роботи

Суть методу полягає в тому, що через зразок досліджуваної речовини пропускають промінь із певною довжиною хвилі, який при контакті зі зразком розсіюється. Отримані промені за допомогою лінзи збираються в один пучок і пропускаються через світлофільтр, що відділяє слабкі (0,001 % інтенсивності) раманівські промені від значно інтенсивніших (99,999 %) релеївських. «Чисті» раманівські промені підсилюються і спрямовуються на детектор, який фіксує частоту їхнього коливання.

Історія

У 1923 році Смекал теоретично передбачив явище непружнього розсіювання. Згодом у 1928 р. Раману і Шріману вдалося довести його експериментально. Для цього було сконструйовано спеціальний спектрометр, що за допомогою телескопа фокусував сонячні промені на зразку чистої рідини. Використовуючи систему світлофільтрів, вченим вдалося відділити промені з частотою коливань відмінною від падаючих, що вказувало на існування іншого, нерелеївського, розсіювання.

Будова раман-спектрометра

Раман-спектрометр складається з чотирьох основних компонентів:

• джерело монохроматичного випромінювання (лазера);
• система освітлення зразка і фокусування променів;
• світлофільтр;
• системи виявлення та комп'ютерного контролю;

Джерела збуджувального світла

Переважно як джерело збуджувального світла використовують такі лазери, як Ar+ (351,1-514,5 нм), Kr+ (337,4-676,4 нм) і He-Ne (632,8 нм). В останні роки впроваджуються також пульсуючі лазери Nd:YAG, діоди та ексимерні лазери для УФ резонансної раман-спектроскопії. З часу появи спектроскопії до відкриття лазера (1960-ті роки) єдиним джерелом збудження були ртутні лампи із додатковим світлофільтром. Для того, щоб досягнути необхідної потужності до комплекту таких ламп входили спеціальні підсилювачі.

Система освітлення зразка

Лазерний промінь, зважаючи на його малий діаметр (~1мм), нескладно сфокусувати на зразку. Розсіяні промені спрямовують на світлофільтр частіше за допомогою системи збірних і фокусувальних лінз (мал.1), хоча також застосовують систему дзеркал (мал. 2). Система ахроматичних лінз може мати дві конфігурації, залежно від того, чи фіксуються промені, що розсіюються під кутом 90° (а), чи під кутом 180° (б).

мал.1 Система лінз

мал.2 Система дзеркал

Світлофільтри

Як правило використовуються інтерференційні фільтри, в яких дві оптичні площини здатні пропускати лише промені з довжинами хвиль, що кратні до подвоєної товщини фільтра. Нещодавно почали застосовуватися і акустичні фільтри.

Детектори

У зв'язку з малою інтенсивністю раманівського сигналу, до детекторів ставляться серйозні вимоги, а тому фотографічні плівки поступилися місцем високочутливим фотодетекторам.

Див. також

• Оптична спектроскопія
• Інфрачервона спектроскопія
• Рентгенівська спектроскопія
• Ультрафіолетова спектроскопія
• ЯМР-спектроскопія
• Раманівський спектр

Джерела

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