5 Дәріс Тақырып. Нанобөлшектерді зерттеу әдістері. Спектроскопия әдістері
Жарықтын комбинациялық шашырауы (раман спектроскопия)
жүктеу/скачать 221,01 Kb.
|
№5 Дәріс
| Жарықтын комбинациялық шашырауы (раман спектроскопия). Жарықтың комбинациялық шашырау (ЖКШ) құбылысын 1928 жылы кристалдардағы жарықтың шашырауын зерттеу барысында Г.С. Ландсберг пен Л.И. Мандельштам және сол уақытта сұйықтардағы жарықтың шашырауын зерттеу барысында Ч.В. Раман мен К.С. Кришнан ашқан болатын.
Бiр мезгілде екі немесе одан да көп фотондардың шығуы немесе жұтылуымен сипатталатын (фотондардың сатылай шығуы немесе жұтылумен шатастырмаңыздар, ол кезде әрбір ауысудан кейін уақыт өтумен және аралық күймен ерекшеленеді) ауысулар, екі немесе көп фотонды ауысулар болып ажыратылады. Екі фотонды ауысулардың екі типін бөлiп қарастырады. Біріншiсiнде, фотоннық молекуламен әсерлесуінің әрбір элементар актiсiнде қорытқы энергиялары молекуланын қозу энергиясымен сәйкес келетiн екі фотон жұтылады немесе шығарылады. Екіншісінде, бір мезгілде бір фотон жұтылып, екiншi фотон шығарылатын, әр түрлілік ауысулар деп аталатын ауысулар орындалады. Екі фотонды ауысулардың осы екiншi түріне жарықтың комбинациялық шашырау (ЖКШ) эффектiсi жатады. Екi фотонды ауысулардың ықтималдығы бiр фотондыға қарағанда 105 есе аз. Сондықтан ЖКШ спектрлерiнiң қарқындылығы төмен, флуоресценция спектрлерiне қарағанда, үлкен қиындықпен байқалады. Қалыпты жағдайда ЖКШ-ын молекуламен әсерлесетін фотоннын энер гиясы молекуланын электронмен қозу энергиясынан төмен болған кезде зерттеледі; басқа жағдайда қарқындылығы ЖКШ спектрiнiң қарқындылығынан бірнеше есе жоғары және оны «жауып» кететін флуоресценция пайда болады. Осыған сәйкес, ЖКШ спектроскопия әдiсiмен тек қана молекулалардың тербелмелі-айналмалы ауысуларын зерттейді. ЖКШ-спектрінің пайда болуын толығырақ қарастырайық (5.2-сурет). Затты монохроматтық жарықпен сәулелендiрген кезде негізгі күйде орналасқан V0 молекулалардың жиiлiктерi жарық өрісімен екі фотонды механизм бойынша әсерлеседі. Нәтижесінде жиiлiгi осындай V0(молекула Е1, негізгі күйде қалады) немесе төмен жиілікті V0-V1 (молекула Е2 деңгейiне қозады) фотондар пайда болады. Осы үдерісті қысқартылған түрде молекуланың энергиялық деңгейлерiнiңV0 жиiлiгi бар сәуле өрісі әсерінен молекулалардың ығысқан деңгейлерiнiң бiрiV0. жиiлiкпен сәйкес келiп, фотоннын жұтылуы жүретін виртуалды күйдегі ығысудың артуы деп қарастыруға болады. 5.2-сурет. Екі фотонды ауысулардың сызбасы (релей шашырауы, комбинациялық шашырау, флуоресценция) Осы шектеулі ығысудың артуынан молекула энергиясы hv0 немесеодан төмен h(vo-v1) болатын фотон «бөліп шығарып», сол мезгілде Е2 қозған күйге ауысады. Бірінші ауысудын ықтималдығы екiншiге қарағанда өте жоғары (шамамен 4-5 ретке артық). Молекулалардың бір бөлігі бөлме температурасы мен жоғары температураларда қозғандыктан, екі квантты ауысулардың басқа түрі болуы мүмкін, бұл кезде бір мезгілде hv0 фотонның жұтылуымен һ(v0+v1) энергиясы бар фотон шығарылады, ягни молекула өзiнiң қозу энергиясын монохроматтық сәуленiн фотонына берiп, негізгі Е1 күйге ауысады. Бiрақ мұндай фотондардың сәуле шығару ықтималдығы өте төмен, себебі ықтималдық қозған күйдiң төмен толығуымен аныкталады. Сонымен, затты бағытталған монохроматтық жарықпен сәулелендiргенде онын көп бөлігі өзгеріссіз өтеді, ал аз ғана белігі (екі квантты ауысулардың ықтималдығының аздығынан, шамамен 10-5 ) әртүрлі бағытта шашырайды. Шашырау спектрлерінде үш жиiлiктiң сәулелену сызықтары байқалады: V0, V0–V1, V0+V1. Жиiлiгi өзгермейтін шашырауды релей шашырауы деп атайды, ал жиiлiгi өзгеретін шашырауды комбинациялық шашырау деп атайды, себебі қоздыратын V0 жиiлiк молекуланың қозған күйiнiн V1 жиiлiгiмен комбинацияланады. ЖКШ спектрлерiнiң төмен жиiлiктi сызықтарын стокстық деп, ал жоғарғы жиiлiктi сызықтарын антистокстық деп айту қабылданған. КШ-спектрінде (5.3-сурет) релей шашырауының салыстырмалы түрде қарқынды сызығы және онын екі жағынан бірдей қашықтықта комбинациялық шашыраудың әлсіз сызықтары байқалады, оның үстіне жиілігі жоғары компонент өте әлсіз болады. Лазерлі қоздырғышы бар казіргі КШ-спектрометрлері тез жазылу үшін және шешу қабілеті жоғары болу үшін заттың аз мөлшерін қажет етедi (0,1-0,5 мл). 5.3-сурет. Комбинациялық шашырау спектрінің түзілу сызбасы жүктеу/скачать 221,01 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|