Spettroscopia Raman

SPETTROSCOPIA RAMAN

È una tecnica di scattering vibrazionale che non prevede assorbimento o emissione.

Tranne nell’IR i fenomeni sono seguiti nell'infrarosso, nel caso del Raman lo strumento più usato è il laser.

Indice IR RAMAN differiscono per il modo in cui interrogano le radiazioni ed i campioni nell’IR si ha assorbimento grazie all’interazione tra il campo elettrico delle radiazioni ed il dipolo elettrico oscillante delle molecole, mentre la DIFFUSIONE RAMAN è legata all’ interazione tra le polarizzabilità oscillante ed il campo elettrico oscillante delle radiazioni.

Differenze tra IR e Raman

Ad ogni stato elettronico di una molecola sono associati una serie di stati vibrazionali. Nell’IR c’è una corrispondenza tra le radiazioni incidenti ed ile salto energetico, tutta l'energia è convertita in adozione di uno stato vibrazionale superiore.

Se si fa avvenire una DIFFUSIONE e come se si fornisse dell’energia visibile ma le transizione all'interno permesso alle molecole si torna nell’UV, quindi l’energia presente ma si afferma per far avvenire le transizioni all'interno uno superiore rispetto alla transizioni vibrazionali. Essi che è ne la DIFFUSIONE.

A volte, se si fornisce una quantità di energia tale da far avvenire la transizione elettronica, si può avere FLUORESCENZA.

La radiazione incidente mostra nel Raman una bassissima perdita di assorbimento, quindi le molecole giungono in uno stato virtuale. Dallo stato virtuale la molecola può tornare ad uno dei livelli vibrazionali dello stato elettronico fondamentale. Quando la molecola torna allo stesso livello vibrazionale di partenza si ha SCATTERING RAYLEIGH (DIFFUSIONE ELASTICA).

μ = 2ε₀E₀cos(ωt) + 1/2ε₀2μ_e(∂ε/∂e)[cos((ωn_b- ω)t)

+ cos((ω_{nb+ ω)t)]}

Anti-Stokes

Il secondo elemento di questa equazione è

costituito da 3 contributi:

1. descrive un’interazione RADIAZIONE-MATERIA

di tipo elastico.

2. descrive una diffusione anelastica dette

ANTI-STOKES.

3. STOKES.

Il POTERE RADIANTE emesso da un μ è:

P_e = μm²ω₀⁴

5πε₀c³

• nₛ = indice di rifrazione in cui è immerso μ.
• c₀ = velocità della luce nel vuoto.
• ε₀ = costante dielettrica nel vuoto.
• μ = ampiezza di oscillazione del dipolo.
• ω₀ = frequenza di oscillazione del dipolo.

Alla luce di tale equazione una banda

ANTI-STOKES dovrebbe essere più intensa

di quella STOKES, cosa che pone contraddire

i risultati sperimentali!

LASER

Consideriamo un flusso di fotoni che attraversa una superficie lungo l'asse z e di area S:

Bisogna fare un bilancio del flusso di fotoni che attraversa ed esce. Quindi:

dF = (B₂₁N₂ - B₁₂N₁) (Sd)dz

e determinato dettato dal bilancio tra gli eventi di emissione stimolata e quelli di assorbimento

dF = B₂₁F N₂ - (B₂₁N₂/g₂) dz

Ho AMPLIFICAZIONE → ^dF/_dz > 0 →:

• N₂ > g₂N₁ / g₁

Ho un ASSORBITORE → ^dF/_dz < 0 →:

• N₂ < g₁N₁ / g₂

All'equilibrio termico le popolazioni dei livelli sono descritte dalla STATISTICA DI BOLTZMANN:

N₂^° / N₁^° = <del>g₂</del> / g₁ exp(-E₂ - E₁ / kT)