Raman effect fysica

Raman-effect, verandering in de golflengte van licht die optreedt wanneer een lichtbundel wordt afgebogen door moleculen. Wanneer een lichtstraal een stofvrij, transparant monster van een chemische verbinding passeert, komt een klein deel van het licht naar buiten in andere richtingen dan die van de invallende (binnenkomende) straal. Het grootste deel van dit verstrooide licht heeft een onveranderde golflengte. Een klein deel heeft echter een andere golflengte dan die van het invallende licht; zijn aanwezigheid is het resultaat van het Raman-effect.

Het fenomeen is genoemd naar de Indiase natuurkundige Sir Chandrasekhara Venkata Raman, die voor het eerst waarnemingen van het effect publiceerde in 1928. (Oostenrijkse natuurkundige Adolf Smekal beschreef het effect theoretisch in 1923. Het werd voor het eerst slechts een week voor Raman waargenomen door de Russische natuurkundige Leonid Mandelstam en Grigory) Landsberg; ze publiceerden hun resultaten echter pas maanden na Raman.)

Ramanverstrooiing is misschien het gemakkelijkst te begrijpen als het invallende licht wordt beschouwd als bestaande uit deeltjes of fotonen (met energie evenredig met frequentie) die de moleculen van het monster raken. De meeste ontmoetingen zijn elastisch en de fotonen zijn verstrooid met onveranderde energie en frequentie. In sommige gevallen neemt het molecuul echter energie op van of geeft het energie af aan de fotonen, die daardoor verstrooid worden met verminderde of verhoogde energie, dus met lagere of hogere frequentie. De frequentieverschuivingen zijn dus metingen van de hoeveelheden energie die betrokken zijn bij de overgang tussen begin- en eindtoestanden van het verstrooiingsmolecuul.

Het Raman-effect is zwak; voor een vloeibare verbinding mag de intensiteit van het aangetaste licht slechts 1 / 100.000 van die invallende bundel bedragen. Het patroon van de Raman-lijnen is kenmerkend voor de specifieke moleculaire soort en de intensiteit ervan is evenredig met het aantal verstrooiende moleculen in het pad van het licht. Raman-spectra worden dus gebruikt in kwalitatieve en kwantitatieve analyse.

De energieën die overeenkomen met de Raman-frequentieverschuivingen blijken de energieën te zijn die geassocieerd zijn met overgangen tussen verschillende rotatie- en vibratietoestanden van het verstrooiingsmolecuul. Pure rotatieverschuivingen zijn klein en moeilijk waar te nemen, behalve die van eenvoudige gasvormige moleculen. In vloeistoffen worden rotatiebewegingen belemmerd en worden discrete rotatie Raman-lijnen niet gevonden. Het meeste Raman-werk houdt zich bezig met trillingsovergangen, die grotere verschuivingen geven die waarneembaar zijn voor gassen, vloeistoffen en vaste stoffen. Gassen hebben een lage moleculaire concentratie bij normale drukken en produceren daarom zeer zwakke Raman-effecten; zo worden vloeistoffen en vaste stoffen vaker bestudeerd.