Spektroskopie von Raman (genannt nach Herrn C. V. Raman) ist eine spektroskopische Technik, die verwendet ist, um und andere niederfrequente Schwingrotationsweisen in einem System zu studieren.

Es verlässt sich auf das unelastische Zerstreuen oder das Zerstreuen von Raman, vom monochromatischen Licht, gewöhnlich von einem Laser im sichtbaren, fast infrarot, oder in der Nähe von der ultravioletten Reihe. Das Laserlicht wirkt mit Molekülschwingungen, phonons oder anderen Erregung im System aufeinander, auf die Energie der Laserfotonen hinauslaufend, die oder unten auswechseln werden. Die Verschiebung in der Energie gibt Information über die Schwingweisen im System. Infrarotspektroskopie-Erträge ähnliche aber ergänzende, Information.

Gewöhnlich wird eine Probe mit einem Laserbalken illuminiert. Das Licht vom beleuchteten Punkt wird mit einer Linse gesammelt und durch einen monochromator gesandt. Wellenlängen in der Nähe von der Laserlinie wegen des elastischen Zerstreuens von Rayleigh werden herausgefiltert, während der Rest des gesammelten Lichtes auf einen Entdecker verstreut wird.

Das spontane Raman-Zerstreuen ist normalerweise sehr schwach, und infolgedessen trennt sich die Hauptschwierigkeit der Spektroskopie von Raman das schwache unelastisch gestreute Licht von intensivem Rayleigh hat Laserlicht gestreut. Historisch haben Spektrometer von Raman holografischen gratings und vielfache Streuungsstufen verwendet, um einen hohen Grad der Laserverwerfung zu erreichen. In der Vergangenheit waren Photovermehrer die Entdecker der Wahl für dispersive Einstellungen von Raman, die in langen Erwerb-Zeiten resultiert haben. Jedoch verwendet moderne Instrumentierung fast allgemein Kerbe oder Rand-Filter für die Laserverwerfung und Spektrographen (entweder axial übertragbar (AT), Czerny-Turner (CT) monochromator oder FT (Fourier gestalten Spektroskopie gestützt um), und CCD Entdecker.

Es gibt mehrere fortgeschrittene Typen der Spektroskopie von Raman einschließlich oberflächenerhöhten Raman, Klangfülle Raman, Tipp-erhöhter Raman, hat Raman polarisiert, hat Raman (analog der stimulierten Emission), Übertragung Raman stimuliert, gleichen Sie räumlich Raman und hyper Raman aus.

Die Raman Wirkung kommt vor, wenn Licht auf ein Molekül stößt und mit der Elektronwolke und den Obligationen dieses Moleküls aufeinander wirkt. Für die spontane Wirkung von Raman, die eine Form des leichten Zerstreuens ist, erregt ein Foton das Molekül vom Boden-Staat bis einen virtuellen Energiestaat. Wenn sich das Molekül entspannt, strahlt es ein Foton aus, und es kehrt zu einem verschiedenen Rotations- oder Schwingstaat zurück. Der Unterschied in der Energie zwischen dem ursprünglichen Staat und diesem neuen Staat führt zu einer Verschiebung in der Frequenz des ausgestrahlten Fotons weg von der Erregungswellenlänge. Die Raman Wirkung, die ein leichtes sich zerstreuendes Phänomen ist, sollte mit der Absorption nicht verwirrt sein (als mit der Fluoreszenz), wo das Molekül zu einem getrennten (nicht virtuell) Energieniveau aufgeregt ist.

Wenn der Endschwingstaat des Moleküls energischer ist als der anfängliche Staat, dann wird das ausgestrahlte Foton zu einer niedrigeren Frequenz in der Größenordnung von der Gesamtenergie des Systems ausgewechselt, um erwogen zu bleiben. Diese Verschiebung in der Frequenz wird benannt, weil Verschiebung Schürt. Wenn der Endschwingstaat weniger energisch ist als der anfängliche Staat, dann wird das ausgestrahlte Foton zu einer höheren Frequenz ausgewechselt, und das wird benannt, weil Verschiebung Antischürt. Das Zerstreuen von Raman ist ein Beispiel des unelastischen Zerstreuens wegen der Energieübertragung zwischen den Fotonen und den Molekülen während ihrer Wechselwirkung.

Eine Änderung im molekularen Polarisationspotenzial — oder Betrag der Deformierung der Elektronwolke — in Bezug auf die Schwingkoordinate ist für ein Molekül erforderlich, eine Wirkung von Raman auszustellen. Der Betrag der Polarisierbarkeitsänderung wird Raman bestimmen, der Intensität streut. Das Muster von ausgewechselten Frequenzen wird durch die Rotations- und Schwingstaaten der Probe bestimmt.

Geschichte

Obwohl die unelastische Lichtstreuung von Adolf Smekal 1923 erst als 1928 vorausgesagt wurde, dass es in der Praxis beobachtet wurde. Die Wirkung von Raman wurde nach einem seiner Entdecker, des Indianerwissenschaftlers Herr C. V. Raman genannt, der die Wirkung mittels des Sonnenlichtes (1928, zusammen mit K. S. Krishnan und unabhängig durch Grigory Landsberg und Leonid Mandelstam) beobachtet hat. Raman hat den Nobelpreis in der Physik 1930 für diese vollbrachte Entdeckung mit dem Sonnenlicht, ein schmales Band fotografischer Filter gewonnen, um monochromatisches Licht und einen "durchquerten Filter" zu schaffen, um dieses monochromatische Licht zu blockieren. Er hat gefunden, dass ein kleiner Betrag des Lichtes Frequenz geändert und den "durchquerten" Filter durchgeführt hatte.

Die systematische Pioniertheorie der Wirkung von Raman wurde vom tschechoslowakischen Physiker George Placzek zwischen 1930 und 1934 entwickelt. Der Quecksilberkreisbogen ist die leichte Hauptquelle zuerst mit der fotografischen Entdeckung und dann mit der spektrofotometrischen Entdeckung geworden. Zurzeit werden Laser als leichte Quellen verwendet.

Verschiebung von Raman

Im umgangssprachlichen Gebrauch sind Verschiebungen von Raman normalerweise in wavenumbers, die Einheiten der umgekehrten Länge haben. Um sich zwischen geisterhafter Wellenlänge und wavenumbers der Verschiebung im Spektrum von Raman umzuwandeln, kann die folgende Formel verwendet werden:

wo die in wavenumber ausgedrückte Verschiebung von Raman ist, ist λ die Erregungswellenlänge, und λ ist die Spektrum-Wellenlänge von Raman. Meistens sind die Einheiten, die gewählt sind, um wavenumber in Spektren von Raman auszudrücken, umgekehrte Zentimeter (Cm). Da Wellenlänge häufig in Einheiten von Nanometern (nm) ausgedrückt wird, kann die Formel oben für diese Einheitskonvertierung ausführlich klettern, gebend

Anwendungen

Spektroskopie von Raman wird in der Chemie allgemein verwendet, da Schwinginformation zu den chemischen Obligationen und der Symmetrie von Molekülen spezifisch ist. Deshalb stellt es einen Fingerabdruck zur Verfügung, durch den das Molekül identifiziert werden kann. Zum Beispiel wurden die Schwingfrequenzen von SiO, SiO und SiO identifiziert und auf der Grundlage von normalen Koordinatenanalysen zugeteilt, die infrarot und Spektren von Raman verwenden. Das Fingerabdruck-Gebiet von organischen Molekülen ist in 500-2000 (wavenumber)-Reihe-Cm. Eine andere Weise, wie die Technik verwendet wird, soll Änderungen im chemischen Abbinden, als studieren, wenn ein Substrat zu einem Enzym hinzugefügt wird.

Benzin von Raman Analysatoren hat viele praktische Anwendungen. Zum Beispiel werden sie in der Medizin für die Echtzeitüberwachung von betäubenden und Atmungsgasmischungen während der Chirurgie verwendet.

In der Halbleiterphysik ist spontane Spektroskopie von Raman an unter anderem gewöhnt, charakterisieren Sie Materialien, messen Sie Temperatur, und finden Sie die crystallographic Orientierung einer Probe. Als mit einzelnen Molekülen hat ein gegebenes festes Material Eigenschaft phonon Weisen, die einem Experimentator helfen können, es zu identifizieren. Außerdem kann Spektroskopie von Raman verwendet werden, um andere niedrige Frequenzerregung des Festkörpers, wie plasmons, magnons, und Superleiten-Lücke-Erregung zu beobachten. Das spontane Signal von Raman gibt Information über die Bevölkerung einer gegebenen phonon Weise im Verhältnis zwischen dem Schüren (downshifted) Intensität und schürt (upshifted) Intensität anti.

Raman, der sich durch einen anisotropic Kristall zerstreut, gibt Information über die Kristallorientierung. Die Polarisation von Raman hat Licht in Bezug auf den Kristall gestreut, und die Polarisation des Laserlichtes kann verwendet werden, um die Orientierung des Kristalls zu finden, wenn die Kristallstruktur (um, seine Punkt-Gruppe spezifisch zu sein), bekannt ist.

Aktive Fasern von Raman, wie aramid und Kohlenstoff, haben Schwingweisen, die eine Verschiebung in der Frequenz von Raman mit angewandter Betonung zeigen. Polypropylen-Fasern stellen auch ähnliche Verschiebungen aus. Die radiale atmende Weise ist eine allgemein verwendete Technik, um das Diameter von Kohlenstoff nanotubes zu bewerten. In der Nanotechnologie kann ein Mikroskop von Raman verwendet werden, um nanowires zu analysieren, um die Zusammensetzung der Strukturen besser zu verstehen.

Gleichen Sie räumlich Spektroskopie von Raman aus (SORS), der zu Oberflächenschichten weniger empfindlich ist als herkömmlicher Raman, kann verwendet werden, um nachgemachte Rauschgifte zu entdecken, ohne ihr Verpacken, und für die nichtangreifende Überwachung des biologischen Gewebes zu öffnen. Spektroskopie von Raman kann verwendet werden, um die chemische Zusammensetzung von historischen Dokumenten wie das Buch von Kells zu untersuchen und zu Kenntnissen der sozialen und wirtschaftlichen Bedingungen zurzeit beizutragen, die Dokumente wurden erzeugt. Das ist besonders nützlich, weil Spektroskopie von Raman eine nichtangreifende Weise anbietet, den besten Kurs der Bewahrungs- oder Bewahrungsbehandlung für solche Materialien zu bestimmen.

Spektroskopie von Raman wird als ein Mittel untersucht, Explosivstoffe für die Flughafensicherheit zu entdecken.

Spektroskopie von Raman ist auch verwendet worden, um die Vorhersage der Existenz von niederfrequentem phonons zu bestätigen

in Proteinen und DNA (sieh z.B,

außerordentlich die Studien der niederfrequenten gesammelten Bewegung in Proteinen und DNA und ihren biologischen Funktionen stimulierend.

Reporter von Raman Moleküle mit olefin oder alkyne Hälften wird entwickelt, um zu berücksichtigen, dass Gewebe mit SERS-etikettierten Antikörpern darstellt.

Mikrospektroskopie

Spektroskopie von Raman bietet mehrere Vorteile für die mikroskopische Analyse an. Da es eine sich zerstreuende Technik ist, brauchen Muster nicht befestigt zu werden oder sectioned. Spektren von Raman können von einem sehr kleinen Volumen (Abhängigkeit von Raman gesammelt werden, der Intensität streut), und die meisten Entdecker haben sehr lange Sammlungszeiten verlangt. Kürzlich sind empfindlichere Entdecker verfügbar geworden, die dem allgemeinen Gebrauch besser angepasste Technik machend. Die Mikroskopie von Raman von anorganischen Mustern, wie Felsen und Keramik und Polymer, kann eine breitere Reihe von Erregungswellenlängen verwenden.

Polarisierte Analyse

Die Polarisation von Raman hat sich zerstreut Licht enthält auch nützliche Information. Dieses Eigentum kann mit der polarisierten Lasererregung (des Flugzeugs) und einer Polarisation Analysator gemessen werden. Spektren, die mit dem Satz von Analysator sowohl an der Senkrechte als auch an Parallele zum Erregungsflugzeug erworben sind, können verwendet werden, um das Depolarisationsverhältnis zu berechnen. Die Studie der Technik ist im Unterrichten der Verbindungen zwischen der Gruppentheorie, Symmetrie, Tätigkeit von Raman nützlich, und kulminiert in den entsprechenden Spektren von Raman.

Die geisterhafte Information, die aus dieser Analyse entsteht, gibt Scharfsinnigkeit in die molekulare Orientierung und Schwingsymmetrie. Hauptsächlich erlaubt es dem Benutzer, wertvolle Information in Zusammenhang mit der molekularen Gestalt, zum Beispiel in der synthetischen Chemie oder polymorph Analyse zu erhalten. Es wird häufig verwendet, um makromolekulare Orientierung in Kristallgittern, flüssigen Kristallen oder Polymer-Proben zu verstehen.

Schwankungen

Mehrere Schwankungen der Spektroskopie von Raman sind entwickelt worden. Der übliche Zweck ist, die Empfindlichkeit (z.B, oberflächenerhöhter Raman) zu erhöhen, die Raumentschlossenheit (Mikroskopie von Raman) zu verbessern, oder sehr spezifische Information (Klangfülle Raman) zu erwerben.

• Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) - Normalerweise getan in einem Silber- oder Goldkolloid oder einem Substrat, das Silber oder Gold enthält. Oberfläche plasmons Silbers und Goldes ist durch den Laser aufgeregt, auf eine Zunahme in den elektrischen Feldern hinauslaufend, die das Metall umgeben. Vorausgesetzt, dass Raman Intensitäten zum elektrischen Feld proportional sind, gibt es große Zunahme im gemessenen Signal (durch bis zu 10). Diese Wirkung wurde von Martin Fleischmann ursprünglich beobachtet, aber die vorherrschende Erklärung wurde von Van Duyne 1977 vorgeschlagen. Eine umfassende Theorie der Wirkung wurde von Lombardi und Birke gegeben.
• Klangfülle Raman Spektroskopie - Die Erregungswellenlänge wird zu einem elektronischen Übergang des Moleküls oder Kristalls verglichen, so dass mit dem aufgeregten elektronischen Staat vereinigte Schwingweisen außerordentlich erhöht werden. Das ist nützlich, um große Moleküle wie polypeptides zu studieren, der Hunderte von Bändern in "herkömmlichen" Spektren von Raman zeigen könnte. Es ist auch nützlich, um normale Weisen mit ihren beobachteten Frequenzverschiebungen zu vereinigen.
• Surface-Enhanced Resonance Raman Spectroscopy (SERRS) - Eine Kombination von SERS und Klangfülle Spektroskopie von Raman, die Nähe zu einer Oberfläche verwendet, um Intensität von Raman und Erregungswellenlänge zu vergrößern, die zum maximalen Absorptionsvermögen des Moleküls verglichen ist, das wird analysiert.
• Angle Resolved Raman Spectroscopy - ist Nicht nur Standardergebnisse von Raman registriert sondern auch der Winkel in Bezug auf den Ereignis-Laser. Wenn die Orientierung der Probe dann bekannt ist, kann die ausführlich berichtete Information über die phonon Streuungsbeziehung auch von einem einzelnen Test geglänzt werden.
• Hyper Raman - Eine nichtlineare Wirkung, in der die Schwingweisen mit der zweiten Harmonischen des Erregungsbalkens aufeinander wirken. Das verlangt sehr hohe Macht, aber erlaubt die Beobachtung von Schwingweisen, die normalerweise "still" sind. Es verlässt sich oft auf die SERS-Typ-Erhöhung, um die Empfindlichkeit zu erhöhen.
• Spontaneous Raman Spectroscopy (SRS) - Verwendet, um die Temperaturabhängigkeit der Spektren von Raman von Molekülen zu studieren.
• Optical Tweezers Raman Spectroscopy (OTRS) - Verwendet, um individuelle Partikeln und sogar biochemische Prozesse in einzelnen durch die optische Pinzette gefangenen Zellen zu studieren.
• Stimulierte Raman Spektroskopie - räumlich zusammenfallend, zwei Farbenpuls (mit der Polarisation entweder Parallele oder Senkrechte) überträgt die Bevölkerung vom Boden bis einen rovibrationally aufgeregter Staat, wenn der Unterschied in der Energie einem erlaubten Übergang von Raman entspricht, und wenn keine Frequenz einer elektronischen Klangfülle entspricht. Zwei Foton UV Ionisation, angewandt nach der Bevölkerungsübertragung, aber vor der Entspannung, erlaubt dem intramolekularen oder zwischenmolekularen Spektrum von Raman einer molekularen oder Gastraube (tatsächlich, eine gegebene Angleichung der molekularen Traube), gesammelt zu werden. Das ist eine nützliche molekulare Dynamik-Technik.
• Spatially Offset Raman Spectroscopy (SORS) - Die Raman Streuung wird von Gebieten seitlich Ausgleich weg vom Erregungslaserpunkt gesammelt, zu bedeutsam niedrigeren Beiträgen von der Oberflächenschicht führend, als mit der traditionellen Spektroskopie von Raman.
• Zusammenhängend schürt Spektroskopie von Raman (AUTOS) anti - Zwei Laserbalken werden verwendet, um einen zusammenhängenden zu erzeugen, schürt Frequenzbalken anti, der durch die Klangfülle erhöht werden kann.
• Raman optische Tätigkeit (ROA) - Maßnahmen optische Schwingtätigkeit mittels eines kleinen Unterschieds in der Intensität von Raman, der sich von chiral Molekülen im Recht - und nach links kreisförmig polarisiertes Ereignis-Licht oder, gleichwertig, ein kleiner kreisförmig polarisierter Bestandteil im gestreuten Licht zerstreut.
• Übertragung Raman - Erlaubt, von einem bedeutenden Hauptteil eines trüben Materials, wie Puder, Kapseln, lebendes Gewebe usw. forschend einzudringen. Es wurde im Anschluss an Untersuchungen gegen Ende der 1960er Jahre (Schrader und Bergmann, 1967) größtenteils ignoriert, aber wurde 2006 als ein Mittel der schnellen Feinprobe von pharmazeutischen Dosierungsformen wieder entdeckt. Es gibt auch medizinische diagnostische Anwendungen.
• Raman umgekehrte Spektroskopie.
• Tip-Enhanced Raman Spectroscopy (TERS) - Gebrauch ein metallischer (gewöhnlich silver-/gold-coated AFM oder STM) gibt Trinkgeld, um die Signale von Raman von in seiner Umgebung gelegenen Molekülen zu erhöhen. Die Raumentschlossenheit ist ungefähr die Größe der Tipp-Spitze (20-30 nm). Wie man gezeigt hat, hat TERS Empfindlichkeit unten zum einzelnen Molekül-Niveau gehabt und hält etwas Versprechung für bioanalysis Anwendungen.

Siehe auch

• Mikroskop von Raman

Außenverbindungen

• Raman auf dem Supergitter von SiGe, princetoninstruments.com
• Eine Einführung auf dem Raman-Zerstreuen, d3technologies.co.uk
• Raman Spektroskopie-Anwendungen, renishaw.com
• Raman Datensuche und Lagerung - Die freie Anwendung mit einer wunderbaren Datenbank von Daten von Raman (Vibrationen, Anweisung) mit der Lagerungsfunktion und den Spektren von Raman (Diskussionen) mit der Suchfunktion. ramandata.sourceforge.net
• Die rumänische Datenbank der Raman Spektroskopie - Diese Datenbank enthält Mineralarten (natürlich und synthetisch) mit der Beschreibung der Kristallstruktur, des Beispielimages, der Zahl von Probe, Ursprung, Spektrum von Raman und Vibrationen, Diskussion von Raman und Verweisungen. Außerdem enthält diese Seite Artefakt-Probe mit dem Beispielimage und Pigment-Spektrum; schwarzes, rotes, weißes oder blaues Pigment. rdrs.uaic.ro
• Chemische Bildaufbereitung Ohne Einfärbung, witec.de
• DoITPoMS Lehrend und das Lernen des Pakets - Raman Spektroskopie - eine Einführung, die auf das Studentenniveau gerichtet ist. doitpoms.ac.uk
• Raman Spektroskopie-Tutorenkurs - Eine ausführliche Erklärung der Raman Spektroskopie einschließlich des Klangfülle-erhöhten Raman-Zerstreuens und Oberflächenerhöhten Raman-Zerstreuens. 161.25.205.25
• Die Wissenschaftsshow, ABC Radio National - das Interview mit dem Wissenschaftler auf NASA hat Projekt finanziell unterstützt, Raman Spektrometer für die 2009-Mission von Mars zu bauen: Ein Autotelefon-Größe-Gerät, um fast jede Substanz bekannt mit dem kommerziellen zu entdecken