Raman- ja fluorestsentsspektroskoopia
Raman-hajumisel hajub enamik langevaid footoneid elastselt (Rayleighi hajumine), aga väike osa vahetab materjali võnkumistega väikese koguse energiat, väljudes nihkunud lainepikkusega — see nihke suurus näitab, millised võnkemoodid on olemas, muutes selle molekulaarstruktuuri sõrmejäljeks. Fluorestsents on täiesti erinev protsess: footon neeldub täielikult, viies elektroni kõrgemale energianivoole, mis siis lõõgastub osaliselt kiirgusevabalt, enne kui kiirgab uue, madalama energiaga (pikema lainepikkusega) footoni — see on Stokesi nihe.
Practise this conceptSuuna laser peaaegu igale proovile ja valguse ülekaalukas enamus, mis tagasi põrkub, tuleb tagasi täpselt muutumatu lainepikkusega — tavaline Rayleighi hajumine, sama elastne protsess, mis annab taevale värvi. Aga vaata tähelepanelikult tagasitulevat valgust, ja väike osa sellest — sageli vähem kui üks footon miljonist — jõuab tagasi lainepikkustel, mis on laseri omast veidi nihkunud. See nihkunud valgus on Raman-hajumine, ja see toimub, kuna väike arv footoneid ei põrku molekulilt lihtsalt muutumatult tagasi; need suhtlevad hetkeliselt mõne selle võnkemoodiga ning loobuvad või saavad täpselt selle koguse energiat, mida see moodus vajab, et ergastuda või ergastuse maha kanda, väljudes seejuures täpselt selle koguse võrra nihkunud lainepikkusega.
Kuna igal võnkemoodil on oma iseloomulik energia ja molekulil on tavaliselt mitu moodi (sideme pikenemised, painutused, väänded), ei tule Raman-nihkunud valgus tagasi vaid ühel nihkunud lainepikkusel — see tuleb tagasi mitmel eraldiseisval nihkunud joonel, millest igaüks on konkreetse võnkumise allkiri. Nihete mustri mõõtmine tähendab tegelikult selle väljalugemist, millised võnkumised molekulil on, mistõttu kasutatakse Raman-spektroskoopiat materjalide ja molekulaarstruktuuri tuvastamiseks, proovi puudutamata või hävitamata.
Fluorestsents näeb pealtnäha sarnane välja — valgus läheb sisse ühel lainepikkusel, tuleb välja teisel — aga mehhanism on täiesti erinev, ja need kaks on lihtsasti segamini aetavad, kui vaadata ainult lainepikkuse nihet. Fluorestsentsi puhul footon ei hajugi üldse; see neeldub täielikult, viies elektroni tõelisele ergastatud energianivoole. See elektron kaotab siis osa oma energiast kiirete, kiirgusevabade protsesside (põrked, võnkelõõgastus) kaudu, enne kui lõpuks langeb tagasi ja kiirgab uue footoni — paratamatult madalama energiaga ja seega pikema lainepikkusega, kui neeldunud footon. See nihe pikema lainepikkuse suunas on Stokesi nihe, ja erinevalt Raman-hajumisest, mis toimub peaaegu hetkeliselt, kestab fluorestsents tavaliselt nanosekundeid — võrdluses igavik — kuna elektron veedab tegelikku aega ergastatud olekus, enne kui langeb tagasi.
Key ideas
Requires: Spektroskoopia, Aatomi kvantitud energianivood
Formulas
| Symbol | Name | Unit |
|---|---|---|
| lainepikkus | m (meeter) | |
| lainepikkus | m (meeter) | |
| lainearv | 1/m (meetri kohta) |
Common misconceptions
- Uskumine, et Raman-hajumine ja fluorestsents on sama protsess erineva nimetuse all, mitte see, et Raman-hajumine on kiire, peaaegu hetkeline mitteelastne hajumissündmus, ja fluorestsents on täielik neeldumine, millele järgneb palju aeglasem taaskiirgumine pärast elektroni osalist lõõgastumist.
- Uskumine, et Raman-katses hajub iga footon Raman-hajumisel, mitte see, et enamik hajub elastselt (Rayleighi hajumine, nihketa) ja ainult väike osa vahetab energiat võnkemoodiga — just seetõttu vajab Raman-spektroskoopia tundlikke detektoreid ja tugevat, hästi filtreeritud valgusallikat.
- Uskumine, et fluorestseeruv valgus on alati nihkunud lühema lainepikkuse (kõrgema energia) suunas kui neeldunud valgus, mitte pikema lainepikkuse (madalama energia) suunas — osa neeldunud energiast läheb enne footoni taaskiirgumist alati kaduma kiirgusevaba lõõgastumisena, ja täpselt see on Stokesi nihe.
Resources
Kuulub nende TÜ ainete hulka
See mõiste on kaardistatud järgmis(t)e Tartu Ülikooli õppekava aine(te) osaliseks kattmiseks.
- SpektroskoopiaLTFY.01.014