Спектроскопия комбинационного рассеяния
Спектроскопия o Спектроскопия – раздел физики, посвященный изучению спектров электромагнитного излучения. o Спектральный анализ – одна из областей применения спектроскопии: метод качественного и количественного определения состава веществ, основанный на исследовании спектров. o Спектральный анализ может быть эмиссионным и абсорбционным.
Рэлеевское и комбинационное рассеяние o Рэлеевское рассеяние – мгновенное упругое рассеяние, не сопровождающееся изменением частоты излучения. o Комбинационное рассеяние – это мгновенное неупругое рассеяние электромагнитного излучения на молекулах вещества, сопровождающееся изменением частоты излучения.
Спектроскопия комбинационного рассеяния o Спектроскопия комбинационного рассеяния (рамановская спектроскопия) – эффективный метод химического и структурного анализа, основанный на регистрации спектрального состава изучения комбинационного рассеяния.
История открытия o В 1918 г. Мандельштам предсказал расщепление линии рэлеевского рассеяния вследствие рассеяния света на тепловых акустических волнах. o С 1926 г. Мандельштамом и Ландсбергом проводились экспериментальные исследования молекулярного рассеяния света в кристаллах. o В 1928 г. Раман и Кришнан обнаруживают линейчатый спектр вторичного излучения.
МАНДЕЛЬШТАМ, ЛЕОНИД ИСААКОВИЧ Родился в семье врача Исаака Григорьевича Мандельштама и Мины Львовны Кан. Получил высшее образование в Новороссийском университете (Одесса) (исключён в 1899 году) и Страсбургском университете, где его дядя А. Г. Гурвич работал ассистентом у известного антрополога Густава Швальбе (G. Schwalbe). Степень доктора натуральной философии (физики) Страсбургского университета (1902). С 1925 работал в Москве. Профессор Московского государственного университета. Практически заново создал физикоматематический факультет, который многое потерял в связи с уходом П. Н. Лебедева в 1911 году (Дело Кассо). В связи с его успехами в университете был создан Физический факультет в 1933 году. С 1934 работал также в Физическом институте АН СССР. В 1944 году в связи с событиями на кафедре теоретической физики физического факультета МГУ подписал письмо 14 академиков. Когда В. С. Кафтанов в ответ на обращение учёных провёл совещание, прибыл на это собрание как представитель «академистов» , хотя очевидцы отмечали, что на тот момент он был уже глубоко болен. Умер 27 ноября 1944 года.
Ландсберг Григорий Самуилович Начал учёбу в Вологодской гимназии, но окончил её уже в Нижнем Новгороде. После этого Григорий Самуилович поступил на физико-математический факультет Московского университета и окончил его в 1913 году с дипломом первой степени. Ландсберг остался при университете, чтобы подготовиться к званию профессора, преподавал в 1913— 1915, 1923— 1945 и 1947— 1951 годах (профессор с 1923 года). Доцент Омского сельскохозяйственного института (1918— 1920), профессор 2 -го Государственного университета в Москве. В 1945— 1947 годах был профессором общей физики инженерно-физического факультета Московского механического института. В 1951— 1957 годах профессор Московского физико-технического института. С 1934 года работал в Физическом институте АН СССР. Умер 2 февраля 1957 года в Москве.
РАМАН Чандрасекхара Венката и Чандрасекхара Венката Раман (там. சநத ரச கர வ ஙகடர மன ; 7 ноября 1888, Тируччираппалли, Тамилнад, Британская Индия — 21 ноября 1970, Бангалор, Индия) — лауреат Нобелевской премии по физике за 1930 год ( «за работы по рассеянию света и за открытие эффекта, названного в его честь» ) и Международной Ленинской премии «За укрепление мира между народами» (1957). Членкорреспондент Академии наук СССР (1947). Рамановское рассеяние положило начало целому направлению в спектроскопии молекул и кристаллов — рамановской спектроскопии.
ИК и раман-спектроскопия o Правила отбора различны. o ИК спектры являются спектрами поглощения и связаны с переходами между колебательными уровнями молекулы. Спектры комбинационного рассеяния связаны с электронной поляризацией. o Выбор метода исследования зависит от природы материала – химического и минералогического состава, концентрации образца, агрегатного состояния.
Вид спектров КР
Эмпирические законы комбинационного рассеяния o Спектральные линии-спутники сопровождают каждую линию первичного излучения. o Сдвиг спутников по частоте характеризует рассеивающее вещество. o Спутники представляют собой две группы линий, расположенных симметрично относительно возбуждающей. o С увеличением температуры интенсивность фиолетовых спутников увеличивается.
Квантовомеханические представления о КР o Изменение частоты обусловлено переходами между колебательновращательными уровнями системы (молекулы, иона, кристаллической ячейки). o Молекула может как приобрести, так и потерять часть энергии. o Если молекула приобретает энергию ΔЕ, то фотон будет иметь меньшую энергию и частоту f–ΔE/h (стоксово рассеяние). В противном случае частота увеличивается (антистоксово рассеяние).
Квантовомеханические представления о КР
Параметры линий комбинационного рассеяния o Рамановский сдвиг. Равен частоте одного из колебательных процессов и определяет положение рассматриваемой линии по отношению к возбуждающей. Выражается в обратных сантиметрах. o Интенсивность. Характеризует эффективность комбинационного рассеяния. Выражается в условных единицах. o Ширина. Равна расстоянию между точками контура линии на половинной интенсивности. o Степень деполяризации. Определяется отношением интенсивностей рассеянного излучения двух взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации, одна из которых параллельна плоскости поляризации возбуждающего излучения.
Применения спектроскопии комбинационного рассеяния o Исследование фазовых переходов, кристаллизации в тверхой фазе. o Исследование аллотропных и полиморфных переходов. o Качественное и количественное исследование элементного, химического и минералогического состава.
Исследование химического и минералогического состава
Сложности приборной реализации o Основная трудность получения спектров интересующего вещества связана с малым квантовым выходом процесса. o Окрашенные образцы более склонны поглощать, а не рассеивать излучение. o Фотофлуоресценция (если она присуща образцу) «маскирует» слабые линии комбинационного рассеяния. o В оптически неоднородном кристалле «паразитный» свет подавляет линии комбинационного рассеяния.
Составляющие приборной реализации o Источник излучения возбуждения – должен иметь высокую степень монохроматичности и достаточную интенсивность. o Оптическая схема осветителя. o Спектральный прибор. o Фотоприемник и схема регистрации. Все оптические элементы должны характеризоваться минимальным количеством рассеянного (рэлеевского) излучения: требуется высокая чистота оптических элементов.
Приборная реализация
Достоинства комбинационной спектроскопии: o Относительная простота установки. o Высокая скорость получения информации (пробоподготовка минимальна). o Возможность получения информации «in situ» - непосредственно в условиях эксплуатации. o Широкий температурный интервал исследований. Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Спектроскопия комбинационного рассеяния Спектроскопия o Спектроскопия
359418.ppt