Fizika efekta Ramana

Ramanov efekt, promjena valne duljine svjetlosti do koje dolazi kada se svjetlosni snop odbije od molekula. Kad snop svjetlosti prolazi kroz prozirni uzorak kemijskog spoja bez prašine, mali dio svjetlosti pojavljuje se u drugim smjerovima, a ne u odnosu na upadnu snop. Većina te raspršene svjetlosti je nepromijenjena valna duljina. Međutim, mali dio ima valne duljine različite od one upadne svjetlosti; njegova prisutnost rezultat je Ramanovog efekta.

Fenomen je nazvan po indijskom fizičaru Sir Chandrasekhara Venkata Ramanu koji je prvi put objavio opažanja o učinku 1928. (Austrijski fizičar Adolf Smekal teorijski je opisao učinak 1923. Prvi put su ga primijetili samo tjedan dana prije Ramana ruski fizičari Leonid Mandelstam i Grigory Landsberg, međutim, njihovi su rezultati objavljeni tek nekoliko mjeseci nakon Ramana.)

Ranovo raspršivanje je možda najlakše razumljivo ako se smatra da se udarno svjetlo sastoji od čestica ili fotona (s energijom proporcionalnom frekvencijom) koji udaraju u molekule uzorka. Većina susreta su elastična, a fotoni su raspršeni nepromijenjenom energijom i učestalošću. Međutim, u nekim slučajevima, molekula preuzima energiju iz fotona ili daje energiju fotonima koji se na taj način raspršuju smanjenom ili povećanom energijom, dakle s nižom ili višom frekvencijom. Promjene frekvencije su, dakle, mjere količine energije uključene u prijelaz između početnog i završnog stanja molekule raspršivanja.

Ramanski učinak je slab; za tekući spoj intenzitet pogođene svjetlosti može biti samo 1/100 000 tog snopa. Uzorak ramanskih linija karakterističan je za pojedine molekularne vrste, a njegov intenzitet proporcionalan je broju molekula raspršivanja na putu svjetlosti. Stoga se Ramanovi spektri koriste u kvalitativnoj i kvantitativnoj analizi.

Nalazi se da su energije koje odgovaraju ramanskim pomacima frekvencije energije povezane s prijelazima između različitih rotacijskih i vibracijskih stanja molekule raspršenja. Čisti rotacijski pomaci su mali i teško ih je promatrati, osim onih jednostavnih plinovitih molekula. U tekućinama su ometani rotacijski pokreti, a diskretne rotacijske Ramanove linije se ne nalaze. Većina ramanskih djela bavi se vibracijskim prijelazima, koji daju veće promjene promatrane zbog plinova, tekućina i krutih tvari. Plinovi imaju nisku molekularnu koncentraciju pri uobičajenim pritiscima i zbog toga proizvode vrlo slabe Ramanove efekte; stoga se tekućine i krute tvari češće proučavaju.