다음은 이산 분자에 의한 빛의 정상(비 공진,자발적,진동)라만 산란 이론에 중점을 둡니다. 엑스레이 라만 분광학은 개념적으로 유사하지만 진동보다는 전자 에너지 레벨의 여기를 포함합니다.
분자 진동편집
라만 산란은 일반적으로 분자 내의 진동에 대한 정보를 제공한다. 가스의 경우 회전 에너지에 대한 정보도 수집 할 수 있습니다. 솔리드의 경우 포논 모드도 관찰 될 수 있습니다. 분자 진동에 관한 적외선 흡수의 기본은 선택 규칙이 다르지만 라만 산란에 적용됩니다.
자유도편집
주어진 분자에 대해 총 3 개의 자유도가 있습니다. 이 숫자는 분자의 각 원자가 3 차원으로 움직이는 능력에서 발생합니다. 분자를 다룰 때 분자 전체의 움직임을 고려하는 것이 더 일반적입니다. 따라서,3 엔 자유도 분자 병진,회전,및 진동 운동으로 분할 됩니다. 자유도의 3 개는 전체로서 분자의 병진 운동에 대응합니다(3 개의 공간 차원의 각각에 따라서). 마찬가지로,3 자유도는 분자의 회전에 해당합니다.}
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진동 에너지편집
분자 진동 에너지는 양자화되는 것으로 알려져 있으며,조화 성이 중요 할 때 양자 고조파 발진기 근사 또는 던햄 확장을 사용하여 모델링 할 수 있습니다. 1271 에 따른 진동 에너지 준위는
에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는에 따른 진동 에너지 준위는 1874>
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어디 엔 이다 양자 수. 라만과 적외선 흡수에 대한 선택 규칙은 일반적으로 근본적인 진동 만이 관찰된다는 것을 지시하기 때문에,적외선 여기 또는 스톡스 라만 여기 에너지의 변화를 초래한다.}}}
진동에 대한 에너지 범위는 약 5~3500 센티미터-1 의 범위입니다. 주어진 온도에서 주어진 진동 모드를 차지하는 분자의 분율은 볼츠만 분포를 따릅니다. 분자는 테라 헤르츠 또는 적외선 범위에 속하는 적절한 에너지의 광자의 직접 흡수를 통해 더 높은 진동 모드로 여기 될 수 있습니다. 이것은 적외선 분광학의 기초를 형성합니다. 또는 비탄성 산란 과정에 의해 동일한 진동 여기를 생성 할 수 있습니다. 이것은 스톡스 라만 산란,1852 년 조지 스톡스에 의해 발견 된 형광의 스톡스 변화와 유추하여 흡수 된 입사광보다 더 긴 파장(현재 낮은 에너지에 해당하는 것으로 알려진)에서 빛을 방출합니다. 개념적으로 유사한 효과는 빛이 아닌 중성자 또는 전자에 의해 발생할 수 있습니다. 낮은 진동 에너지 상태에서 분자를 잎 광자 에너지의 증가는 안티 스톡스 산란이라고합니다.
라만 산란편집
라만 산란은 흥미로운 레이저 광자의 에너지에 해당하는 가상 전자 에너지 준위를 포함하는 것으로 개념화된다. 광자의 흡수는 분자를 가상 상태로 여기시키고 재 방출은 라만 또는 레일리 산란으로 이어진다. 세 가지 경우 모두 최종 상태는 시작 상태와 동일한 전자 에너지를 갖지만 스톡스 라만 산란의 경우 진동 에너지가 더 높고,안티 스톡스 라만 산란의 경우 더 낮거나 레일리 산란의 경우 동일합니다. 일반적으로 이것은 파동숫자의 관점에서 생각되는데,여기서 파동숫자~0}}_{0}}
레이저의 파도수는 레이저의 파도수이고 레이저의 파도수는 레이저의 파도수이고 레이저의 파도수는 레이저의 파도수이고 레이저의 파도수는 레이저의 파도수이다.}}
은 진동전이의 파동수이다. 따라서 스톡스 산란은 파형의 수를 제공합니다.}}
동안[0]+[2750][2750][2750][2750][2750][2750][2750]}}
은 안티 스톡스에 대해 제공됩니다. 호쾌한 레이저 에너지가 분자의 실제적인 전자 흥분에 그 때 일치할 때 공명 라만 효력은 일어납니다,그러나 그것은 이 기사의 범위 저쪽에 입니다.
고전 물리 기반 모델은 라만 산란을 설명 할 수 있으며 광 주파수의 네 번째 힘으로 확장되는 강도의 증가를 예측합니다. 분자에 의한 빛의 산란은 유도 된 전기 쌍극자의 진동과 관련이 있습니다. 전자기 방사선의 전류를 고주파로 변환시키는 전기장 성분은 분자 진동에 의해 조절되는 교체 전기장을 따르는 분자에 있는 유도한 쌍극자를 초래할지도 모릅니다. 따라서 외부 필드 주파수에서의 진동은 외부 필드 및 일반 모드 진동으로 인한 비트 주파수와 함께 관찰됩니다.
흩어져있는 광자의 스펙트럼은 라만 스펙트럼이라고합니다. 그것은 더 일반적으로 라만 이동이라고 입사 광자에 그것의 주파수 차이의 함수로서 산란광의 강도를 나타낸다. 해당 스톡스 및 안티 스톡스 피크의 위치는 레일리 주위에 대칭 패턴을 형성합니다. 주파수 이동은 동일한 상부 및 하부 공진 상태 간의 에너지 차이에 해당하기 때문에 대칭입니다. 그러나 기능 쌍의 강도는 일반적으로 다릅니다. 그들은 차례로 온도에 따라 달라 집니다 재료의 초기 상태의 인구에 따라 달라 집니다. 열역학적 평형에서,하부 상태는 상부 상태보다 더 많이 채워질 것이다. 따라서 더 많은 채워진 하위 상태에서 상위 상태(스톡스 전환)로의 전환 속도는 반대 방향(안티 스톡스 전환)보다 높습니다. 이에 따라,스톡스 산란 피크는 안티-스톡스 산란 피크보다 강하다. 그들의 비율은 온도에 따라 다르므로 그것을 측정하기 위해 악용 될 수 있습니다:
에서 스톡 anti-Stokes=(ν~0−ν~M)4(ν~0+ν~M)4exp(h c ν~M k B T){\displaystyle{\frac{I_{\text{Stokes}}}{I_{\text{anti-Stokes}}}}={\frac{({\물결표{\뉴}}_{0}-{\물결표{\뉴}}_{M})^{4}}{({\물결표{\뉴}}_{0}+{\물결표{\뉴}}_{M})^{4}}}\exp\left({\frac{hc\,{\물결표{\뉴}}_{M}}{k_{B}T}}\right)}
선택 규칙편집
적외선 분광학과는 달리,진동 여기에 대한 쌍극자 모멘트의 변화가 일어나기 위해서는 라만 산란이 필요하다. 한 상태에서 다른 상태로의 라만 전이는 이러한 상태의 분자 분극성이 다른 경우에만 허용됩니다. 진동의 경우,이는 진동과 관련된 법선 좌표에 대한 편광성의 도함수가 0 이 아님을 의미합니다: ∂α∂Q≠0{\displaystyle{\frac{\부분\alpha}{\부분 Q}}\neq0}
. 일반적으로 일반 모드는 2 차 형태의 동일한 대칭으로 변환되는 경우 라만 활성입니다(엑스 2,와이 2,지 2,엑스 와이,엑스 지,와이 지).{\디스플레이 스타일(엑스^{2},와이^{2},지^{2},지^{2},지,엑스 지,와이지)}
,분자의 점 그룹의 문자 테이블에서 확인할 수 있습니다. 적외선 분광법과 마찬가지로 기본 여기 만(2018 년 11 월 11 일).1}
특정 선택 규칙에는 허용되는 회전 전환이 다음과 같다고 명시되어 있습니다.2}
)는 회전 상태이다. 이것은 일반적으로 라만 선폭이 회전 전이가 해결 될만큼 충분히 작은 가스 단계의 분자에만 관련이 있습니다.
정렬된 고체 물질에만 관련된 선택 규칙은 포논 감금이 명시되어 있는 경우를 제외하고 위상 각도가 0 인 포논만 적외선 및 라만에서 관찰할 수 있다고 명시하고 있다.
대칭 및 편광편집
흩어져있는 광자의 편광을 모니터링하는 것은 분자 대칭과 라만 스펙트럼의 피크를 할당하는 데 도움이 될 수있는 라만 활동 사이의 연결을 이해하는 데 유용합니다. 단일 방향으로 편광 된 빛은 일부 라만 활성 모드에만 액세스 할 수 있지만 편광을 회전하면 다른 모드에 액세스 할 수 있습니다. 각 모드는 대칭에 따라 분리됩니다.
진동 모드의 대칭은 입사 레이저와 직교하는 편광을 갖는 라만 산란과 입사 레이저와 동일한 편광을 갖는 라만 산란의 비율 인 탈분극 비율로부터 추론됩니다.: 나는 내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있으며,내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있기 때문에,나는 내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있기 때문에,나는 내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있기 때문에,나는 내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있기 때문에,나는 내가 할 수있는 모든 것을 가지고 있다고 생각한다.}}}}
분석기가 입사광의 편광축에 대하여 90 도 회전할 때 라만 산란의 강도이고,분석기가 입사광의 편광축에 대하여 90 도 회전할 때 라만 산란의 강도이고,분석기가 입사광의 편광축에 대하여 90 도 회전할 때 라만 산란의 강도이다.입사 레이저. 편광된 빛은 분자와 상호 작용 하는 때 그것은 분자의 방향과 광파의 편광 각도의 차이에 의해 회전 하는 원인이 평면 파에 동일 하 고 반대 효과 유도 하는 분자를 왜곡. 34 를 표시 할 수 있습니다.{3}{4}}}
, 그런 다음 그 주파수에서 진동은 탈분극;그들은 완전히 대칭되지 않습니다 의미.