Stránka je zatím ve vývoji, poslední editace 21. 6. 2020
Ramanova spektroskopie je metoda molekulové spektroskopie, využívá interakce elektromagnetického záření se vzorkem ke sledování rotačních a vibračních přechodů v molekulách vzorku. V chemii je využívána ke kvalitativní i kvantitativní analýze.[1]
Trocha historie
V roce 1928 Sir Chandrasekhra Venkata Raman objevil jev, dnes nazývaný jeho jménem. Místo současné instrumentace využíval Slunce jako zdroj světla, teleskop jako optickou soustavu a oči jako detektor. Tento jev teoreticky předpověděl již roku 1923 rakouský fyzik Adolf Smékal. Sir Raman byl roku 1930 nominován na Nobelovu cenu za fyziku – “for his work on the scattering of light and for the discovery of the effect named after him”.[2]
I přes nízkou citlivost této metody, byly pořízeny brzy po jejím objevu první sady molekulových spekter. Rozvoj Ramanovy spektroskopie začal s objevem LASERu a jeho využitím jako excitačního zdroje v roce 1962.
Ramanův rozptyl
Při interakci fotonů s molekulami může dojít k pružnému nebo nepružnému rozptylu. Pružný rozptyl označujeme jako Rayileighův rozptyl, během tohoto děje nedochází k výměně energie mezi fotonem a molekulou. Nepružný rozptyl, označovaný jako Ramanův rozptyl, probíhá s podstatně menší pravděpodobností (asi 10-7×) než pružný a dochází během něj k výměně energie mezi fotonem a molekulou.
Polarizovatelnost
Polarizovatelnost popisuje deformovatelnost elektronové hustoty v okolí molekuly působením elektromagnetického záření, nebo přesněji elektrického pole generovaného fotonem.
Polarizovatelnost je tensor druhého řádu, tzn. že ji lze popsat maticí 3×3.
$$\alpha = \begin{bmatrix} \alpha_{xx} & \alpha _{xy} & \alpha _{xz} \\
\alpha_{yx} & \alpha _{yy} & \alpha _{yz} \\
\alpha_{zx} & \alpha _{zy} & \alpha _{zz} \\
\end{bmatrix}$$
Polarizace je ovlivněna několika faktory:
- Čím více elektronů má atom, tím slaběji je k sobě váže a tím je polarizovatelnost vyšší.
- Čím je elektron dále od kladného jádra, tím je pohyblivější a zvyšuje polarizovatelnost atomu.
- Orientací molekuly vůči vnějšímu elektrickému poli.
Ramanova spektroskopie
- Ramanova spektroskopie je komplementární metodou k infračervené spektroskopii.
- Citlivost je nižší než u infračervené spektroskopie.
- Je vhodnější pro pozorování nepolárních vazeb a umožňuje pozorovat vibrace i na nižších vlnočtech (než MIR), tzn. pod 400 cm-1.
- Umožňuje snadné měření vodných roztoků, protože voda poskytuje slabá signál.
- Aby byla vibrace vazby aktivní v Ramanově spektrosopii, musí během ní docházet ke změně polarizovatelnosti.
- Pokud má molekula střed symetrie, mohou být jednotlivé vibrace aktivní buď v infračervené nebo v Ramanově spektroskopii, ale ne v obou zároveň.
Spektrometry
Instrumentace je podobná spektrometrům pro infračervenou spektroskopii. Podle uspořádání optické soustavy rozlišujeme disperzní spektrometry a spektrometry s Fourierovou transformací. Základními prvky jsou laser, optická soustava a detektor. Laserem se excituje vzorek, rozptýlené záření se optickou soustavou zavede k detektoru, který pošle získané informace do PC.
Ke stažení
Literatura
- FERRARO, John R., Kazuo NAKAMOTO a Chris W. BROWN. Introductory Raman spectroscopy. 2nd ed. Boston: Academic Press, c2003. ISBN 0-12-254105-7.
- The Nobel Prize in Physics 1930