Комбинационное рассеяние

Комбинационное рассеяние света исследуемым веществом, связанное со структурой его молекулы, сопровождается заметным изменением рассеиваемого света. Комбинационное рассеяние света было открыто в 1928г. Л.И.Мандельштаммом и Г.С.Ландсбергом при исследовании света в кристаллах и одновременно с В.Раманом и С.Кришнанос при изучении рассеяния света в жидкостях. В зарубежной литературе обычно называют "эффектом Рамана".

При значительной разнице частоты колебаний световой волны и частоты электронных полос поглощения вещества, её энергия не поглощаясь, может перейти на короткое время в энергию деформации электронной оболочки молекулы. В большинстве случаев эта энергия отдается молекулой в виде вторичного излучения с фазой, изменяющейся одинаковым образом у разных молекул. Световая волна, образовавшаяся в результате интерференции всех вторичных, распространяется далее в прежнем направлении. Слабое рассеяние в стороны с неизмененной частотой вызывается флуктуациями плотности вещества. В очень разных случаях энергия световой волны ε, заключённая в деформированной электронной оболочке, может перераспределиться на другие виды внутримолекулярного движения, например, на возбуждение колебательного движения. Для этого нужна энергия ε_k. Остаток энергии hν=ε-ε_k отдается в пространство в виде вторичного излучения с частотой ν=ν_ε-ν_εk. (стоксово рассеяние). Возможен и обратный процесс объединения колебательной энергии с электронной и отдачи её в виде излучения с суммарной частотой ν=ν_ε+ν_εk (антистоксово рассеяние). Такое перераспределение может происходить также и с вращательным движением. В этом случае ν=ν_e=2ν_zot. Из сказанного следует, что спектр комбинационного рассеяния света отличается от спектра обычного рассеяния появлением по обе стороны от линии возбуждающего монохроматичного света двух симметрично расположенных линий спутников.

Акт комбинационного рассеяния света является маловероятным; этим объясняется его очень малая интенсивность и необходимость устранения даже очень слабой флуоресценции, на фоне которой спектр комбинационного рассеяние света может быть неразличим.

Свойства комбинационного рассеяния света:

1. Стоксовые спутники более интенсивны, чем антистоксовые; c повышением температуры растет интенсивность антистоксовых спутников;
2. Спектры комбинационного рассеяния света построены проще спектров ИК. Вращательно-колебательная полоса поглощения свободной молекулы обычно состоит из 2-х ветвей (P и R) значительно реже из З-x (P,Q,R). При комбинационном рассеянии света сильно сжатая Q-ветвь значительно превышает интенсивность остальных 2-х и обычно наблюдают только эту ветвь. Только у самой возбуждающей линии сравнительно легко наблюдается вращательный спектр комбинационного рассеяния света. В жидкостях и твердых телах основные полосы ИК и КРС (изображенные в одинаковой шкале частот) очень похожи и по расположению и по контуру.
3. При условии ν_e>>ν_o интенсивность полос комбинационного рассеяние света растет в коротковолновую область спектра примерно ~ν₄. Однако, несмотря на большую интенсивность комбинационного рассеяние света в 4-ой области их наблюдение и использование затруднено из-за лёгкости возбуждения.