Спектры комбинационного рассеяния (Рамановская спектроскопия)

Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом не всегда проявляется в поглощении квантов энергии и перехода молекулы на новый квантованный энергетический уровень. Другие эффекты наблюдаются, когда частота облучающего электромагнитного излучения значительно отличается от частоты электронного перехода в спектре данного вещества.

При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом происходит поляризация молекулы, ее деформация в поле электромагнитной волны, когда электроны молекулы сдвигаются в одну сторону, а положительно заряженные ядра - в другую. Индуцированный таким образом диполь осциллирует, и молекула из поляризованного состояния возвращается в обычное и сопровождается испусканием электромагнитного излучения с частотой v, совпадающей с частотой падающего излучения. При возвращении молекулы из поляризованного состояния не на первоначальный, а на какой-то другой энергетический уровень образуется комбинационное рассеяние. Частота комбинационного рассеяния v_s меньше, чем частота возбуждающего излучения. Эту частоту v_s (или линию в спектре) называют Стоксовой. Интенсивность линий комбинационного рассеяния пропорциональна интенсивности падающего света. Для наблюдения спектров комбинационного рассеяния кювету с исследуемой жидкостью или раствором освещают источником линейчатого спектра и под прямым углом изучают спектральный состав рассеянного света. Нужный спектральный участок для освещения пробы обычно выделяют с помощью светофильтра. В качестве наиболее употребляемого источника освещения в спектроскопии комбинационного рассеяния используют различные виды ртутных ламп или лазеры.

Как и в эмиссионном спектральном анализе, в спектроскопии комбинационного рассеяния наличие вещества в анализируемом растворе устанавливается по характерным линиям в спектре. Принадлежность линии тому или иному веществу определяется по разности волновых чисел рассматриваемой и возбуждающей линий, которая не зависит от волнового числа возбуждающего излучения, а также по интенсивности линий комбинационного рассеяния. Данные по характеристикам спектра комбинационного рассеяния многих веществ имеются в соответствующих таблицах. Основным достоинство спектроскопии комбинационного рассеяния является возможность анализа сложных многокомпонентных смесей и веществ близких по строению и составу.

Вопросы для самоконтроля

1. Каков механизм комбинационного рассеяния?

2. Основное достоинство спектроскопии комбинационного рассеяния?

3. Какие наиболее употребляемые источники освещения используют в спектроскопии комбинационного рассеяния?