Home » Lý thuyết, nguyên lý hoạt động » Hiện tượng tán xạ Raman

Hiện tượng tán xạ Raman

Tổng quan

Tán xạ Raman tạo ra các photon tán xạ với tần số khác nhau tùy thuộc vào nguồn và đặc tính dao động và quay của các phân tử tán xạ.

Quang phổ Raman hoạt động trên nguyên lý tán xạ Raman. Nó được sử dụng để nghiên cứu vật liệu của các nhà hóa học và vật lý.

Ngày xưa, để ghi lại quang phổ, người ta sử dụng đèn thủy ngân và các tấm ảnh; trong thời hiện đại, laser được sử dụng.

Ngài CV Raman đã được trao giải Nobel Vật lý năm 1930. CV Raman, cùng với sinh viên của mình là KS Krishnan, đã khám phá ra hiện tượng tán xạ Raman.

Tán xạ Raman là gì?

Tán xạ Raman được định nghĩa là tán xạ photon bởi các phân tử bị kích thích ở mức năng lượng cao hơn. Nó còn được gọi là hiệu ứng Raman. Các photon bị tán xạ không đàn hồi, có nghĩa là động năng của hạt tới hoặc bị mất đi hoặc tăng lên và bao gồm các phần Stokes và Stokes.

Sự tán xạ không đàn hồi của các photon tương tự như khái niệm va chạm không đàn hồi, trong đó nói rằng tổng động năng vi mô không được bảo toàn. Trong một vụ va chạm đàn hồi, sự truyền động năng xảy ra, nhưng sự tán xạ sẽ vẫn không đàn hồi như trong tán xạ Compton.

Dưới đây là một liên kết tham khảo để hiểu nguồn gốc của tán xạ Compton:

Tương tự như tán xạ Rayleigh, tán xạ Raman cũng phụ thuộc vào khả năng phân cực của các phân tử. Cường độ tán xạ Rayleigh vào khoảng 10−3 đến 10−4 so với cường độ của nguồn kích thích. Năng lượng của phôtôn và trạng thái của phân tử sau các hiện tượng tán xạ không thay đổi. Trong tán xạ Raman, tần số của các photon xuất hiện trong ánh sáng đơn sắc thay đổi khi tương tác với các trạng thái hoặc chế độ dao động của một phân tử.

LASER, được coi là ánh sáng đơn sắc cường độ cao trong tán xạ Raman, có thể tạo ra ánh sáng tán xạ, chứa một hoặc nhiều dải biên bù trừ bởi sự chênh lệch năng lượng quay hoặc dao động. Các dải biên được tạo ra bao gồm các tần số chứa thông tin về môi trường tán xạ và do đó chúng được sử dụng trong viễn thám.

Mức độ tự do

Mức độ tự do (DOF) được định nghĩa là một số tham số độc lập xác định cấu hình của hệ thống vật lý. Sau đây là công thức bậc tự do:

DF = n-1

Trong đó DF là bậc tự do và n là số lượng mẫu đã cho.
Đối với tán xạ Raman, 3 N là DOF (đối với bất kỳ hợp chất hóa học nào), trong đó N là số nguyên tử trong hợp chất 3 N là DOF vì mỗi nguyên tử di chuyển theo hướng x, y và z tức là; chúng sở hữu chuyển động tịnh tiến, quay và rung động

Quang phổ Raman là gì?

C.V. Raman đã phát hiện ra quang phổ Raman vào năm 1928 để nghiên cứu các chế độ dao động, quay và tần số thấp của các phân tử. Nó tìm thấy ứng dụng chủ yếu trong hóa học để lấy thông tin liên quan đến dấu vân tay.

Nguyên lý của Quang phổ Raman

Nguyên tắc đằng sau quang phổ Raman là bức xạ đơn sắc được truyền qua mẫu sao cho bức xạ có thể bị phản xạ, hấp thụ hoặc tán xạ. Các photon tán xạ có tần số khác với photon tới khi đặc tính rung động và quay thay đổi. Điều này dẫn đến sự thay đổi bước sóng, được nghiên cứu trong quang phổ IR

Sự khác biệt giữa photon tới và photon tán xạ được gọi là dịch chuyển Raman. Khi năng lượng liên quan đến các photon tán xạ nhỏ hơn năng lượng của một photon tới, sự tán xạ được gọi là tán xạ Stokes. Khi năng lượng của photon tán xạ lớn hơn năng lượng của photon tới, sự tán xạ được gọi là tán xạ phản Stokes.

Các loại quang phổ Raman

Sau đây là các loại:

Quang phổ Raman cộng hưởng (RRS)
Quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS)
Quang phổ Micro-Raman
Kỹ thuật quang phổ Raman phi tuyến tính
Quan tâm để tìm hiểu về các khái niệm khác liên quan đến tán xạ, dưới đây là liên kết:
  • Tổng phản xạ nội bộ
  • Góc tới
  • Phản xạ của sóng

Máy quang phổ Raman là gì?

Máy quang phổ Raman là một thiết bị bao gồm một hoặc nhiều nguồn sáng đơn màu và các thấu kính và bộ lọc để hội tụ ánh sáng và phân biệt ánh sáng phản xạ và ánh sáng tán xạ tương ứng. Một lăng kính được sử dụng để tách ánh sáng thành các thành phần của nó, trong đó có một máy dò để phát hiện ánh sáng yếu. Sau đó, quang phổ thu được trên màn hình để phân tích thông tin.

Quang phổ Raman là gì?

Để phân tích hiệu ứng Raman, bước sóng của photon tán xạ được chuyển thành số sóng. Các số sóng này được vẽ trên mặt phẳng x-y. Số sóng được lấy dọc theo trục x và cường độ Raman được lấy trên trục y. Sự khác biệt giữa số sóng và cường độ được gọi là phổ Raman.

Các ứng dụng của hiệu ứng Raman

  • Khuếch đại Raman: điều này dựa trên sự tán xạ Raman trong đó các photon tần số thấp hơn được bơm sang chế độ tần số cao với lượng năng lượng dư thừa. Phương pháp này được áp dụng cho viễn thông.
  • Tạo ra siêu liên tục: Trong quang học, siêu liên tục được hình thành bằng cách sử dụng quang phổ Raman, dẫn đến quang phổ trơn vì quang phổ ban đầu được tạo ra một cách tự nhiên, sau đó được khuếch đại thành năng lượng cao hơn.
  • Quang phổ Raman hoạt động trên cơ sở hiệu ứng Raman và tìm thấy các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong công nghệ nano để hiểu cấu trúc của dây nano, trong sinh học và y học nơi nghiên cứu DNA và protein tần số thấp và hóa học để hiểu cấu trúc của các phân tử và liên kết của chúng .
  • Tán xạ Raman được sử dụng trong viễn thám và thám hiểm hành tinh.
  • Tán xạ Raman được sử dụng để cảm nhận các khoáng chất trên sao Hỏa.

Câu hỏi thường gặp – FAQs

Q1: Anti-stokes phân tán là gì?

Khi năng lượng của các photon tán xạ lớn hơn năng lượng của photon tới, sự tán xạ được gọi là tán xạ phản stokes.

Q2: Việc sử dụng quang phổ Raman là gì?

Nó được sử dụng để nghiên cứu các chế độ dao động, quay và tần số thấp của các phân tử.

Q3: Công thức tính bậc tự do trong tán xạ Raman là gì?

3N

Q4: Định nghĩa tán xạ Raman?

Tán xạ Raman được định nghĩa là tán xạ photon bởi các phân tử bị kích thích ở mức năng lượng cao hơn.

Q5: Các loại Quang phổ Raman là gì?

Quang phổ Raman cộng hưởng (RRS), Quang phổ Raman tăng cường bề mặt (SERS), Quang phổ Raman vi mô, Kỹ thuật quang phổ Raman phi tuyến tính

Video về quang phổ phát xạ và hấp thụ

Máy quang phổ độ phân giải siêu cao SR-6500 và SR-6500A

Quang phổ thực địa hấp thụ hiện trường

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *