Spectroscopia Raman

Spectroscopie Raman este frecvent utilizat în chimie, deoarece informaţiile vibrationale sunt specifice legăturilor chimice în molecule. Prin urmare, acesta oferă o amprentă digitală prin care poate fi identificata molecula. De exemplu, frecvenţele vibrationala de SiO, Si2O2 şi Si3O3 au fost identificate și alocate pe baza analizei normală folosind spectrele infraroşu şi Raman. Regiunea de amprenta a moleculelor organice este în intervalul (numar de unda) 500-2000 cm-1. Un alt mod prin care aceasta tehnica este utilizata este pentru a studia schimbarea legaturilor chimice, de exemplu, atunci când la o enzimă, se adaugă un substrat. Analizoarele de gaze raman au multe aplicații practice. De exemplu, ele sunt utilizate în medicină pentru monitorizarea în timp real a amestecurilor de gaze anestezice și respirator în timpul intervenţiei chirurgicale.

În fizica semiconductorilor, spectroscopie Raman spontana este utilizata, printre alte lucruri, caracterizarii materialelor, măsoară temperatura şi determina orientarea cristalografica a probei. Spectroscopia Raman poate fi folosita pentru a observa alte excitatii de frecvenţă joasă a solidelor, cum ar fi plasmonii, magnonii şi supraconductori.

Plasmonii pot fi descrisi ca o oscilație a densității unui electron liber împotriva ionii pozitiv ficsi intr-un metal. În fizică, un plasmon este o cuanta a oscilației plasmei.

Plasmonii sunt densitati de unde ale electronilor, create în cazul în care lumina loveste suprafaţa unui metal în condiții precise. Deoarece aceste unde de densitate sunt generate la frecvențele optice, unde foarte mici şi rapide, acestea pot codifica o mulţime de informaţii, mai mult decât ceea ce este posibil pentru electronii convenţionali.

Magnon-excitarea colectiva a structurii electronice intr-un cristal.

Metodele cele mai folosite de studiere a vibraţiilor moleculare implică interacţiunea lor cu radiații electromagnetice. Absorbţia infraroşu, fotonii cu un domeniu de frecvențe (3 x 1014 -1x1012Hz sau de lungimi de undă de la 1 la 300 microni) sunt incidente pe probă. Sunt absorbite acele frecvențele care corespund frecvențelor vibrationale a materialului; cele care nu se potrivesc cu vibraţiile sunt transmise. Aceste modificări în starea moleculară, de asemenea, pot fi cauzate de împrăștierea inelastică fotonilor cu energie vizibil mai mare. Energia se modifica (sau frecvenţă) în Radiație difuză apoi dă o măsură directă a frecvențelor vibrationale ale moleculei. Deşi intensitatea acestei lumini difuze este destul de scăzută, Sir C. V. Raman a fost în măsură să respecte aceste împrăștieri. Odată cu apariţia surselor de laser monocrome , spectroscopia Raman a devenit mult mai rapid şi mai sensibilă şi instrumentele pentru aceste măsurări sunt acum comune.

Un câmp electric static sau de frecvenţă joasă induce un moment de dipol într-o moleculă din cauza mişcării electronilor și nucleului. La frecvenţele optice inalte (~ 1015 Hz), nucleele nu pot răspunde suficient rapid pentru a urmade câmpul dar se poate produce polarizarea distributiei electronului.Pentru o moleculă izolata, un câmp de radiații oscilante de intensitate E va induce un moment de dipol de magnitudine

în cazul în care α este polarizabilitatea moleculară. Câmpul E oscilează la frecventa ν0 a luminii:

şi, prin urmare, dipolului indus va oscila, de asemenea la această frecvență.

În conformitate cu teoria electromagnetică clasica, orice dipol oscilant va radia energie; prin urmare, lumina de frecvență νo este emisă în toate direcţiile. Teoria clasica oferă intensitatea medie a radiației totale ca:

, unde μ0 este aplitudinea pentru μind.

În acest caz, Radiația difuzata are aceeaşi frecvenţă ca E. Radiaţia împrăştiata fără schimbare în frecvenţă (şi, prin urmare, energie) este numita împrăștiere elastica; şi acest tip special de împrăştiere elastică se numeşte împrăștierea Rayleigh. La moleculele simple, de obicei unul din 106 fotoni incidenti vor fi deci împrăştiati.