Рамановская спектроскопия

Рамановская спектроскопия - вид спектроскопии, в основе которой лежит способность исследуемых систем (молекул) в неупругих (рамановского или комбинационного) рассеяния 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, отделяет слабые (0,001% интенсивности) рамановского лучи от более интенсивных (99,999%) релеевской . «Чистые» рамановского 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, что 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, не релеевского рассеяния.

Строение Раман-спектрометра

Раман-спектрометр состоит из четырех основных компонентов:

• источник монохроматического излучения (лазера);
• система освещения образца и фокусировки лучей;
• светофильтр;
• системы обнаружения и компьютерного контроля.

Источники возбуждающего света

Преимущественно как источник возбуждающего света используют такие лазеры, 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 (~ 1мм), несложно сфокусировать на образце. Рассеянные лучи направляют на светофильтр чаще с помощью систему сборных и фокусирующих линз (рис.1), хотя также применяют систему зеркал (рис.2). Система ахроматических линз может иметь две конфигурации, в зависимости от того, фиксируются лучи рассеивающиеся под углом 90° (а), или под углом 180° (б).

Файл:Raman-sp optic system.jpg Рис.1 Система линз

Файл:Raman-sp optic system2.jpg Рис.2 Система зеркал

Светофильтры

Как правило используются интерференционные фильтры, в которых две оптические плоскости способны пропускать только лучи с длинами волн, кратные удвоенной толщины 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.