Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 56

Spektrometria wykorzystująca rozpraszanie ramanowskie światła PowerPoint PPT Presentation


  • 113 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Spektrometria wykorzystująca rozpraszanie ramanowskie światła. Raman Scattering. B. Augustyniak. Plan wykładu. Oddziaływania światła z materią Rozpraszanie Rayleigha, Brillouina i Ramana Przykłady aparatów Przykłady wyników. B. Augustyniak. Jak światło oddziałuje z materią ?.

Download Presentation

Spektrometria wykorzystująca rozpraszanie ramanowskie światła

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

Spektrometria wykorzystująca rozpraszanie ramanowskie światła

Raman Scattering

B. Augustyniak


Plan wyk adu

Plan wykładu

  • Oddziaływania światła z materią

  • Rozpraszanie Rayleigha, Brillouina i Ramana

  • Przykłady aparatów

  • Przykłady wyników

B. Augustyniak


Jak wiat o oddzia uje z materi

Jak światło oddziałuje z materią ?

Oddziaływanie fali – fotonu na atom.

B. Augustyniak

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Jak wiat o oddzia uje z materi1

Jak światło oddziałuje z materią ?

Oddziaływanie fali – fotonu na atom lub cząsteczkę.

B. Augustyniak

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie wiat a podstawowe podzia y

Rozpraszanie światła – podstawowe podziały

Charakter rozpraszania na cząstkach zależy od ilorazu długości fali i wymiaru cząstki.

Jeśli wymiar cząstki D < ≈ (1/15)λ mówimy o rozpraszaniu Rayleigha (1842-1919).

W przypadku większych cząstek mówi się o rozpraszaniu Mie (1868-1957);

Rozpraszanie na falach ultradźwiękowych: generowana jest harmoniczna zmiana właściwości (niejednorodności) optycznych w przestrzeni i czasie.

w pierwszym przypadku – dyfrakcja na fali akustycznej; w drugim przypadku – zmiana częstotliwości ugiętego światła w każdym punkcie ośrodka. Te zmianę częstotliwości światła ugiętego przez falę akustyczną nazywa się rozpraszaniem Brillouina (1854-1948);

Kwantowe właściwości molekuł widoczne są w rozpraszaniu Ramana (1888-1970): zmiana częstotliwości rozproszonego światła w stosunku do częstotliwości światła padającego zależy od struktury widma energetycznego molekuły.

B. Augustyniak

http://zif.mchtr.pw.edu.pl/download/144.pdf


Rozpraszanie wiat a na moleku ach og lnie

Rozpraszanie światła na molekułach - ogólnie

Schemat eksperymentu: światło ‘przechodząc’ przez próbkę może: zmienić kąt oraz zmienić lub nie zmienić częstotliwość

Rozpraszanie elastyczne (w’ = wo )

1. Rayleigh’a

2. Rozpraszanie nieelastyczne (w’ ≠ wo )

2a) Brilloiuna

2b) Ramana

B. Augustyniak

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Schemat zmian energii fotonu i moleku y

Schemat zmian energii fotonu i ‘molekuły’

B. Augustyniak

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Raman_energy_levels.jpg


Rozpraszanie wiat a model klasyczny

Rozpraszanie światła – model klasyczny

  • Fala świetlna – fala elektromagnetyczna (FEM)

  • Oddziaływanie FEM z atomem – wymuszone oscylacje elektronów

  • Oscylacje elektronów -> generacja fali (retransmisja) o tej samej częstości

  • Rozpraszanie FEM – zmiana kierunku propagacji fali elektromagnetycznej

B. Augustyniak

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie rayleigha podstawy

Rozpraszanie Rayleigha - podstawy

Rozkład kątowy natężenia

B. Augustyniak

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie rayleigha skutki

Rozpraszanie Rayleigha - skutki

DZIEŃ

WIECZÓR

B. Augustyniak

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie ramana

Rozpraszanie Ramana


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

Sir Chandrasekhara Venkata Raman (1888-1970), profesor Uniwersytetu w Kalkucie, uzyskał nagrodę Nobla w 1930 roku za prace nad rozpraszaniem światła i odkrycie zjawiska, które nazwane zostało jego nazwiskiem.

His father was a lecturer in mathematics and physics, so he had an academic atmosphere at home.In 1907, C.V. Raman passed his M.A. obtaining the highest distinctions.

Raman joined the Indian Finance Department in 1907. After his office hours, he carried out his experimental research in the laboratory of the Indian Association for the Cultivation of Science at Calcutta. He carried out research in acoustics and optics. In 1917, Raman was offered the position of Professorship of Physics at Calcutta University. During his tenure there, he received world wide recognition for his work in optics and scattering of light. He was elected to the Royal Society of London in 1924 and the British made him a knight of the British Empire in 1929.

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html/http://www.iloveindia.com/indian-heroes/cv-raman.html


Nagroda nobla ramana

Nagroda Nobla Ramana

On February 28, 1928, through his experiments on the scattering of light, he discovered the Raman effect. It was instantly clear that this discovery was an important one. It gave further proof of the quantum nature of light. Raman spectroscopy came to be based on this phenomenon, and Ernest Rutherford referred to it in his presidential address to the Royal Society in 1929. Raman was president of the 16th session of the Indian Science Congress in 1929. He was conferred a knighthood, and medals and honorary doctorates by various universities. Raman was confident of winning the Nobel Prize in Physics as well, and was disappointed when the Nobel Prize went to Richardson in 1928 and to de Broglie in 1929. He was so confident of winning the prize in 1930 that he booked tickets in July, even though the awards were to be announced in November, and would scan each day's newspaper for announcement of the prize, tossing it away if it did not carry the news. He did eventually win the 1930 Nobel Prize in Physics "for his work on the scattering of light and for the discovery of the effect named after him”. He was the first Asian and first non-White to receive any Nobel Prize in the sciences..

http://en.wikipedia.org/wiki/C._V._Raman


Raman po nagrodzie nobla

Raman po nagrodzie Nobla

  • In 1934, C.V. Raman became the director of the newly established Indian Institute of Sciences in Bangalore, where two years later he continued as a professor of physics.

  • Other investigations carried out by Raman were:

  • - his experimental and theoretical studies on the diffraction of light by acoustic waves of ultrasonic and hypersonic frequencies (published 1934-1942),

  • effects produced by X-rays on infrared vibrations in crystals exposed to ordinary light.

  • He retired from the Indian Institute in 1948 and a year later he established the Raman Research Institute in Bangalore, where he worked till his death.

http://www.iloveindia.com/indian-heroes/cv-raman.html


Raman cz owiek

Raman - człowiek

Sir C.V. Raman explains a point to a group of scientists

Raman był pierwszym Hindusem urodzonym i wykształconym w Indiach, który otrzymał Nagrodę Nobla. Jego bratankiem był inny noblista z dziedziny fizyki (z 1983 r.) – Subramanyan Chandrasekhar (1910-1995).Był całkowitym abstynentem, kiedy w czasie przyjęcia po otrzymaniu Nagrody Nobla wzniesiono na jego cześć toast, miał podobno powiedzieć – "Sir, widział pan efekt Ramana w alkoholu, proszę nie próbować zobaczyć efektu alkoholu w Ramanie!„.

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Rozpraszanie ramanowskie

Rozpraszanie ramanowskie

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Rodzaje pasm obserwowanych w widmie ramana

Rodzaje pasm obserwowanych w widmie Ramana

  • Pasma Rayleigha - powstające na skutek oddziaływania fotonów padającego promieniowania o częstości ν0, nie pasujących do poziomów energetycznych cząsteczki. Gdy molekuła po oddziaływaniu z promieniowaniem powraca na ten sam poziom energetyczny, to zjawisko to sprowadza się do klasycznego rozproszenia Rayleigha.

Pasma stokesowskie - gdy cząsteczka po oddziaływaniu z promieniowaniem przenosi się na wyższy poziom oscylacyjny i rozproszony foton ma energię mniejszą o różnicę energii poziomów oscylacyjnych hν.

Pasma antystokesowskie - jeśli przed oddziaływaniem z promieniowaniem molekuła znajdowała się na wzbudzonym poziomie oscylacyjnym, to oddziaływanie przenosi ją na podstawowy (zerowy) poziom oscylacyjny. Energia rozproszonego fotonu jest większa o różnicę energii poziomów oscylacyjnych hν. Pasmo antystokesowskie pojawia się w widmie Ramana po przeciwnej stronie co pasmo stokesowskie w stosunku do pasma Rayleigha. Pasmo to ma zwykle niższą intensywność niż pasma stokesowskie.

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

Zmiana energii w rozpraszaniu Ramana

https://depts.washington.edu/ntuf/.../NTUF-Raman-Tutorial.pdf


Rozpraszanie ramana opis ilo ciowy

Rozpraszanie Ramana opis ilościowy


Rozpraszanie ramana podstawy

Do wyzwolenia zwykłego zjawiska Ramana wystarczy kwant promieniowania o danej energii (nie musi być zgodna z różnicą poziomów energii drgań molekuły).

Różnica energii fotonu przed i po rozproszeniu jest RÓWNA różnicy energii poziomów energetycznych

Rozpraszanie Ramana – podstawy

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie ramana a polaryzacja elektryczna

Pole elektryczne fali EM powoduje przesunięcie elektronów w stosunku do jąder. Powstaje moment elektryczny p, proporcjonalne do natężenia pola E fali EM o pulsacji ω.

Współczynnik a - polaryzowalność

Polaryzowalność doznaje oscylacji od pulsacji jąder (pulsacja Ωn) .

Wypadkowa oscylacja:

Rozpraszanie Ramana a polaryzacja elektryczna

Stokesowski

anty-Stokesowski

Emisja fali o trzech częstościach

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Rozpraszanie ramana a drgania czastek

Polaryzowalność jest tensorem i jest zmienna !

Q – współrzędna określająca zmianę położenia jąder względem położenia równowagi (drgania cieplne, fonony)

Natężenie promieniowania rozproszonego Ramanowsko od ciała o polaryzowalności aij :

Rozpraszanie Ramana a DRGANIA CZASTEK

no – pulsacja fali, n – pulsacja jąder

gn - stopień degradacji

UWAGA: musi być spełniony warunek:

Tylko drgania, które powodują zmianę polaryzowalności cząstki wytwarzają sygnał Ramanowski

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Rozpraszanie na fononach

Krzywe dyspersji fononów ‘optycznych’ – O i ‘akustycznych’ – A z pokazanymi liniami dla drgań podłużnych (L) i poprzecznych (T)

UWAGA: mogą być obserwowane fonony tylko o małym wektorze falowym (energii)

Rozpraszanie Na FONONACH

Schemat widma ze wskazaniem czterech fononów

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Rozpraszanie w zapisie kwantowym

Rozpraszanie – zderzenie kwantu światła o pędzie ko z kwasi cząstką o pędzie k . Po zderzeniu – foton ma pęd k’

Rozpraszanie w zapisie kwantowym

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

  • Przykład widma ramanowskiego dla CCl4

  • maksimum rozpraszania Rayleigha (duże natężenie, długość fali taka sama jak długość fali wzbudzającej),

  • szeregu maksimum stokesowskich (niższe częstotliwości, większe długości fali),

  • szeregu maksimów antystokesowskich (wyższe częstotliwości, mniejsze długości fali).

UWAGA: przesunięcie ramanowskie rzędu 1/100 wartości no !!!

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Widmo ramanowskie dla benzenu

Widmo ramanowskie dla benzenu

Cząsteczka benzenu i jej oscylacje -> widmo ramanowskie

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Oscylacje co 2

Oscylacje CO2

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Widmo ir i ramana co 2

2349

667

1343

Widmo IR i Ramana CO2

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

oscylacyjnych

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Aparatura s u ca do badania efektu ramana

Aparatura służąca do badania efektu Ramana


Aparatura efektu ramana 1

Aparatura efektu Ramana (1)

. Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Aparatura efektu ramana 2

Aparatura efektu Ramana (2)

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Aparatura efektu ramana 3

Aparatura efektu Ramana (3)

http://www.nanonics.co.il/index.php?page_id=377


Aparatura efektu ramana 4

Aparatura efektu Ramana (4)

http://www.nuigalway.ie/nanoscale/raman.html


Aparatura efektu ramana 5

Aparatura efektu Ramana (5)

http://www.earth.ox.ac.uk/research/groups/ultra_high_pressure/high-pressure_laboratory/high-pressure_micro-raman_spectroscopy


Aparatura efektu ramana 6

Aparatura efektu Ramana (6)

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Przyk ady wykorzystania efektu ramana 1

Przykłady wykorzystania efektu Ramana (1)

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Przyk ady wykorzystania efektu ramana

Przykłady wykorzystania efektu Ramana


Spektrometria wykorzystuj ca rozpraszanie ramanowskie wiat a

Infrared microspectrometry and Raman spectroscopy have been applied for examination of multilayer fragments of paints, for criminaliscticpurposes. The study showed that under the conditions used, Raman spectra in the visible range (633 nm) provided data on the pigments but gavelittle or no information about polymers.

Examination of multilayer paint coats by the use of infrared, Ramanand XRF spectroscopy for forensic purposes

Infrared (a) and Raman (b) spectra of examined samples.

Journal of Molecular Structure 792–793 (2006) 286–292


Raman spectroscopy of carbon dust samples from nstx

The Raman spectrum of dust particles exposed to the NSTX plasma is different from the spectrum of unexposed particles scrapedfrom an unused graphite tile. For the unexposed particles, the high energy G-mode peak (Raman shift 1580 cm1) is much strongerthan the defect-induced D-mode peak (Raman shift 1350 cm1),

Raman spectroscopy of carbon dust samples from NSTX

Journal of Nuclear Materials 375 (2008) 365–369


Raman spectroscopy of blood samples for forensic applications

Raman spectroscopy of blood samples for forensic applications

Raman scattering from fresh and dry blood. (a) Blood analyzed immediately after being drawn from a donor. (b) Blood stored in an EDTA container and stored at 4 C forat least one week. The excitation wavelength was 532.1 nm.

Forensic Science International 208 (2011) 124–128


Zastosowanie widma ramana

Zastosowanie widma Ramana

wb.pb.edu.pl/download/Spektroskopia- Ramana.ppt.html


Przyk ady wykorzystania efektu ramana1

Przykłady wykorzystania efektu Ramana

https://depts.washington.edu/ntuf/.../NTUF-Raman-Tutorial.pdf


Przyk ady wykorzystania efektu ramana dla pojedynczych cz stek

Przykłady wykorzystania efektu Ramana dla pojedynczych cząstek

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Przyk ady wykorzystania mikroskopii ramanowskiej

Przykłady wykorzystania Mikroskopii Ramanowskiej

http://www.fuw.edu.pl/~zopt/ultrafast/pfiv10/wyklad_21.pdf


Podsumowanie

POdsumowanie

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Suplement rozpraszanie brillouina

Suplement – rozpraszanie BrilloUina

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Uk ad pomiarowy

FP – foto-detektor

UkŁAD POMIAROWY

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Widma brillouina

WIDMA BRILLOUINA

Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998


Literatura

Literatura

  • Oleś A. Metody doświadczalne fizyki ciała stałego, WNT, Warszawa, 1998

  • internet


  • Login