Комбинационное рассеяние света.
В 1928 г. ученые
Г.С.Ландсберг и Л.И.Мандельштам и
независимо от них индийские физики
Ч.Раман и К.Кришнан открыли явление,
заключающееся в том, что при пропускании
света через вещество в спектре рассеянного
света наблюдается не только основная
частота
(частота падающего света), но и смещенные
линии:
,
где
- частота колебательных и вращательных
переходов рассеивающих молекул. Таким
образом, частота рассеянного света
представляет собой комбинацию частоты
падающего света и частот молекулярных
спектров (отсюда название явления) –
комбинационное
рассеяние света.
За рубежом это явление часто называют
эффектом Рамана (или рамановским
рассеянием).
Квантовая теория объясняет это явление достаточно просто. Поток фотонов падающего света рассеивается путем соударения с молекулами вещества. При упругом соударении частота рассеянного фотона не меняется, а при неупругом рассеянии меняется из-за изменения энергии фотона. Последнее происходит либо за счет расходования части энергии фотона на возбуждение молекул (при этом частота рассеянного света становится меньше основной частоты), либо за счет увеличения энергии фотона при соударении с возбужденной молекулой (при этом частота рассеянного света становится больше основной частоты). Итак,
.
Спектр комбинационного
рассеяния имеет вид симметрично
расположенных относительно
«спутников». Если частота смещена в
область меньших частот (
),
то говорят о «красном» (стоксовском)
спутнике. В противоположном случае (
)
– о «фиолетовом» (антистоксовском)
спутнике.
При нормальных условиях интенсивность красных спутников значительно превышает интенсивность фиолетовых спутников, т.к. при нормальных условиях молекулы вещества находятся, в большинстве своем, в невозбужденном (основном) состоянии и при столкновении с фотоном возбуждаются, уменьшая его энергию. С повышением температуры вещества происходит увеличение интенсивности фиолетовых спутников, что объясняется появлением все большего числа возбужденных молекул, участвующих в рассеянии света.
Исследование комбинационного рассеяния позволяет получить сведения о строении молекул; с его помощью можно определить собственные частоты колебания молекул, судить о характере симметрии молекул. Спектры комбинационного рассеяния настолько характерны для молекул, что с их помощью осуществляют анализ сложных молекулярных смесей, особенно органических молекул, анализ которых химическими методами весьма затруднен или даже невозможен.