Рассеяние света антистоксово

Рассеяние света без изменения частоты называется классическим или релеевским. Рассеяние света с изменением частоты называется комбинационным, причем рассеяние с частотой с (оз — 0) ) называется стоксовым, а с частотой с т Ыд) — антистоксовым. [c.17]

Пусть среда освещается монохроматическим светом с квантами /lVQ, которые поглощаются молекулами среды, вследствие чего они сами становятся источником рассеянного света той же частоты т. е. будет классическое рассеяние света по Релею. Часть энергии падающих квантов /lVo может расходоваться и на возбуждение колебаний ядер внутри молекулы частоты V, и тогда в рассеянном свете появляются кванты меньшей величины /гvд — Ну. Если квант /lVo поглощается молекулой, в которой колебательный уровень уже был возбужден, то энергия этого возбуждения может добавиться к энергии кванта падающего света, и вследствие этого молекула излучает также кванты /гvo + /гv. В результате этого явления в спектре рассеяния наряду с основными линиями частоты V,, появляются симметрично расположенные по обеим их сторонам линии комбинационного рассеяния Vц+v. Линии спектра, которым соответствуют частоты Vo —V, называются стоксовыми, линии с частотами 0 + V — антистоксовыми. [c.74]

С другой стороны, при взаимодействии возбужденной молекулы с квантом падающего света куо она может, переходя в основное состояние, отдать часть своей энергии, которая высвечивается фотоном с энергией /1(л о+ и). Рассеянному свету с частотой отвечает антистоксова [c.171]

Повышения интенсивности рассеянного света можно добиться с помощью достаточно интенсивных световых потоков или мощных лазеров. Качество регистрации рассеянных квантов можно повысить, имея совершенное оптическое и электронное оборудование. Применение лазеров стимулировало развитие этой, уже ставшей классической, области спектроскопии. Лазеры не только повысили чувствительность спектроскопии обычного (спонтанного) комбинационного рассеяния, но и стимулировали развитие новых методов, основанных на вынужденном, например на антистоксовом, комбинационном рассеянии, носящем название когерентного антистоксового рассеяния света (КАРС) или, в частности, резонансного комбинационного рассеяния (РКР). При возрастании интенсивности падающего лазерного излучения становится значительной интенсивность рассеянного стоксового излучения. В этих условиях происходит взаимодействие молекул одновременно с двумя электромагнитными волнами лазерной vл и стоксовой V т = Vл — v , связанных между собой через молекулярные колебания с VI,. Такая связь (энергетическая) между излучением накачки и стоксовой (или антистоксовой) волной может привести к интенсивному поляризованному излучению на комбинационных частотах, другими словами— к вынужденному комбинационному рассеянию. Причем в этих условиях оказывается заметной доля молекул, находящихся в возбужденном колебательном состоянии, и в результате на частотах Гл + VI, возникает интенсивное антистоксово излучение. [c.772]

Когерентное антистоксово рассеяние света (КАРС) связано с третьим членом в разложении (1), содержащим поляризуемость третьего порядка у. При одновременном облучении образца двумя лазерами с частотами [c.437]

В некоторых случаях в специальном режиме можно получить ИК-спектры испускания нагретых образцов и/или при использовании охлаждаемых детекторов (см. разд. 9.2.2). КР-спектры формируются при неупругом рассеянии света молекулами (см. рис. 9.2-1). Для возбуждения КР-спектров требуются монохроматичные лазерные источники в видимой или ближней ИК-областях, например, Аг+-лазер (488 нм) или К(1 АС-лазер (1,06 мкм). Комбинационное рассеяние относится к очень слабым эффектам. Только около 10 падаюш,его излучения претерпевает упругое рассеяние. Эта часть излучения формирует рэлеевскую линию, имеющую такую же частоту, что и возбуждающее излучение. Около 10 ° падающего излучения приводит к возбуждению колебательных или вращательных уровней основного электронного состояния молекул. Это является причиной потери энергии падающим излучением и вызывает сдвиг полосы в длинноволновую область по сравнению с рэлеевской линией (стоксов сдвиг). Антистоксовы линии с большей частотой, чем падающее излучение, можно наблюдать, когда рассматриваемые молекулы до взаимодействия с лазерным излучением уже находятся в возбужденных колебательных состояниях (при более высоких температурах) (рис. 9.2-2). При комнатной температуре антистоксовы линии слабее, чем стоксовы. Соотношение интенсивности стоксовых и антистоксовых линий является функцией температуры образца (почему ). [c.167]

В зависимости от того, в каком из двух состояний, Е или Е", молекула находилась первоначально. Как следствие, в рассеянном свете вместе с неизмененной частотой Vo появляются частоты То + АЕ/к и — АЕ/к происходит комбинационное рассеяние. В нижней части рис. 13 приведена схема спектра, где показаны релеевская линия и линии комбинационного рассеяния, возникающие благодаря переходам между уровнями Е" и Е. Комбинационная линия более низкой частоты, чем релеевская, называется стоксовой линией, линия более высокой частоты — антистоксовой. Вообще величины смещений (в см ) линий комбинационного рассеяния от релеевской линии дают разности энергий для молекулы. Согласно теории, в спектре комбинационного рассеяния могут встретиться линии, возникающие благодаря переходам между вращательными, колебательными и электронными уровнями энергии. До настоя- [c.127]

В спектроскопии комбинационного рассеяния образец облучают монохроматическим пучком света с любой удобной длиной волны и ведут наблюдение над светом, рассеянным под прямыми углами к падающему пучку. Если разложить рассеянный свет с помощью призмы или, для более высокого разрешения, решетки, то можно получить спектр, состоящий из отдельных линий. Предположим, что квант, имеющий частоту vo и энергию /lvo, сталкивается с молекулой исследуемого газа. Квант света может быть рассеян с неизмененной частотой, и тогда он порождает часть рэлеевской линии. С другой стороны, падающий квант может вызвать переход в молекуле образца. Пусть, например, это будет колебательный переход из состояния у = О в состояние у = 1. Ассоциированный с этим переходом квант имет частоту, которую мы назовем V , и энергию Ну . Поскольку падающий квант вызвал этот переход, он будет рассеян с понизившейся энергией /г(го — г ). Это значит, что со стороны низких частот от рэлеевской линии будет наблюдаться дополнительная линия со сдвигом частоты, равной V,,. Такая линия называется стоксовой. Если сначала молекула находилась в состоянии и = 1, то в результате столкновения с падающим квантом может произойти переход от о = 1 к и = 0. В этом случае квант будет отброшен с увеличением энергии /l(vo + VD), и линия появится со стороны высоких частот от рэлеевской линии с тем же сдвигом частот. Такая линия называется антистоксовой. В общем случае переход может быть как колебательным, так и вращательным, и в каждом случае линии комбинационного рассеяния будут появляться при частотах о гк, где гк — частота, соответствующая определенному вращательному или колебательному переходу. [c.39]

При взаимодействии невозбужденной молекулы (основное состояние, F = 0) с фотоном она может поглотить этот фотон и перейти на более высокий энергетический уровень, который при комнатной температуре нестабилен (рис. 6-27). Из этого состояния молекула может вернуться в нормальное состояние, испустив фотон, который, очевидно, имеет в этом случае такую же энергию, что и поглощенный фотон. Таков механизм релеевского рассеяния. Кроме этого, молекула может перейти в другое возбужденное состояние (Г=1) с меньшей энергией, при этом она испускает фотон, энергия которого равна энергии поглощенного фотона минус разность энергий, соответствующих уровням У = 1иУ = 0. В этом случае частота рассеянного света оказывается меньше частоты падающего света соответствующую спектральную линию называют стоксовой линией. Наконец, молекула может поглотить фотон, находясь в возбужденном состоянии V =1), перейти в нестабильное состояние с более высокой энергией, а затем перейти в нормальное состояние, испустив фотон. В этом случае энергия испускаемого фотона равна сумме энергии поглощенного фотона и разности энергий, соответствующих уровням У = 1 и У = 0. Соответствующая спектральная линия называется антистоксовой линией. При комнатной температуре большинство молекул находятся в нормальном [c.284]

Согласно этой схеме молекула, взаимодействуя с фотоном монохроматического излучения сначала возбуждается до какого-то неустойчивого, так называемого виртуального, состояния. Затем она может отдавать этот фотон, не обмениваясь с ним энергией, т. е. возвращаясь в исходное состояние,— это релеев-ское рассеяние света. Возможно, однако, заимствование молекулой части энергии фотона, т. е. отдается фотон меньщей энергии, а молекула переходит на более высокий по сравнению с исходным энергетический уровень Е, — это стоксово КР. Если молекула уже находилась в возбужденном состоянии Е, то пр взаимодействии с фотоном она может отдавать часть своей энергии рассеивая фотон большей энергии и переходя на более низкий энергетический уровень Е",— это антистоксово КР. В связи с меньшей заселенностью более высоких уровней в соответствии с тепловым распределением молекул антистоксовых переходов в единицу времени происходит меньше, чем стоксовых, так что интенсив- [c.176]

Иногда расшифровывают как когерентное антистоксово рассеяние света. [c.288]

Отсюда нетрудно найти зависимость интенсивности рассеяния света от температуры и выражение для отношения интенсивности стоксовых и антистоксовых линий при заданной температуре. [c.222]

Рассмотрим с этой точки зрения комбинационное рассеяние света. Пусть падающий фотон возбуждающего излучения характеризуется индексами (ро, о). фонон, участвующий в процессе комбинационного рассеяния, — индексами (р, к) и рассеянный фотон — индексами (р, к ) для стоксова комбинационного рассеяния и (р", к") для антистоксова комбинационного рассеяния. Соответствующие константы в (20.3) имеют вид Qp pp k, к) и Q(vpp" ( о. ). Увеличение со временем числа квазичастиц для рассматриваемых процессов в первом порядке теории возмущений определяется выражениями [c.408]

При этом в спектре рассеянного света появляется линия, длина волны которой меньше длины волны Хо возбуждающей линии, это так называемая антистоксова линия. По отношению с возбуждающей линии антистоксова линия смещена в фиолетовую сторону спектра. Так как фотоны могут терять и приобретать различные количества энергии, то в спектре рассеянного света наряду с возбуждающей линией появится несколько линий — так называемые линии комбинационного рассеяния (сателлиты). [c.276]

Если облучать монохроматическим светом с волновым числом со молекулу с собственными колебаниями Юо, то в рассеянном свете будет присутствовать излучение с волновыми числами (< ф)1= со + + сОд фиолетовый спутник или антистоксовая линия, и (сок)1= ш + [c.77]

Интенсивность стоксовых линий значительно больше интенсивности антистоксовых линий. Линии комбинационного рассеяния в рассеянном свете наблюдаться не будут, если при вынужденном колебании диполя элек- [c.17]

Лазеры могут также использоваться для возбуждения в исследованиях комбинационного рассеяния света. Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) нашла ряд приложений в исследовании промежуточных продуктов фотохимических реакций. Высокая интенсивность и монохроматичность лазерного излучения обеспечивает методу КР чувствительность, которая недоступна с традиционными световыми источниками. Кроме того, появляется возможность изучения промежуточных соединений с временным разрешением. С перестраиваемыми лазерами становится возможной резонансная лазерная спектроскопия (РЛС). Когда длина волны излучения, возбуждающего комбинационное рассеяние, подходит к сильной полосе поглощения исследуемого образца, интенсивность КР увеличивается на шесть порядков по сравнению с обычным, нерезонансным возбуждением. Одним особенно важным вариантом лазерной спектроскопии КР является когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния (КАСКР), которая зависит от нелинейных свойств системы в присутствии интенсивного излучения и включает смешение нескольких волн. Высокая чувствительность получается вследствие того, что регистрация проводится скорее по люминесцентной, чем по абсорбционной методике. Паразитное рассеяние возбуждающего света ограничивает чувствительность традиционных исследований КР, но в экспериментах по КАСКР вблизи длины волны испускаемого излучения нет возбуждающего излучения, поэтому рассеянное возбуждающее лазерное излучение может быть отфильтровано. [c.197]

Помимо обычных одноквантовых переходов, в каждом из к-рых поглощается или испускается один квант энергии, возможны многофотонные процессы, представляющие собой либо последовательность неск. одноквантовых переходов, либо один К. п. системы между двумя квантовыми состояниями, но с излучением или поглощением неск. квантов одинаковой или разной энергии. Вероятность многоквантовых переходов быстро уменьшается с понижением интенсивности взаимодействующего с в-вом электромагн. излучения, поэтому их исследование стало возможным лишь благодаря применению лазеров. Простейший двухквантовый процесс-комбинац. рассеяние света, при к-ром частица (атом, молекула) одновременно поглощает квант энергии и испускает квант меньшей или большей энергии. При последоват. поглощении молекулой двух квантов света возможны в ряде случаев фотохим. р-ции (см. Двухквантовые реакции). Четырехквантовый переход является, напр., основой метода когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС) (см. Комбинационного рассеяния спектроскопия). С помощью этого метода удается изучать такие состояния, переходы в к-рые запрещены при одноквантовых переходах. [c.368]

Спектр КР, как правило, представляет собой колебат. спектр. В области малых значений v, могут проявляться переходы между вращат. уровнями (вращат. спектры КР), реже электронные переходы (электронные спектры КР). Т. обр., частоты рассеянного света являются комбинациями частоты возбуждающего света и колебат. и вращат. частот молекул. При обычной т-ре стоксовы линии значительно интенсивнее антистоксовых, поскольку б. ч. молекул находится в невозбужденном состоянии при повыщении т-ры интенсивность антистоксовых линий растет из-за частичного теплового заселения возбужденных колебат. состояний Е . Интенсивность стоксовых линий КР пропорциональна (Vq — V,) при Vq V3, (у,д-частота электронного перехода), а при Vg -> Узд резко возрастает (резонансное КР). Для каждой конкретной линии КР интенсивность-ф-ция поляризуемости молекул (а), в отличие от ИК поглощения, где интенсивность-ф-ция дипольного момента молекулы (ц). Значение наведенного дипольного момента определяется выражением [c.437]

Примерами нелинейного рассеяния являются гиперкомби-национное рассеяние, вынужденное комбинационное рассеяние, когерентное антистоксово рамановское рассеяние (КАРС). Гиперкомбинационное рассеяние света заключается в том, что в отличие от линейного рассеяния (см. разд. 5.2.5) в неупругом столкновении с частицей А( ) участвуют два фотона с частотой VI. В результате образуется молекула в другом энергетическом состоянии и один фотон, имеющий энергию hvj. А(Е )+2 Av, [c.125]

Спектры комбинационного рассеяния света (СКР), илираман-спектры, также являются колебательными спектрами. Для их изучения измеряют спектр излучения, рассеянного веществом. Практически поступают следующим образом. Образец индивидуальной жидкости или раствора облучают светом определенной длины волны (длина волны не имеет принципиального значения) и исследуют спектральный состав излучения, обычно рассеянного под углом 90°. В спектре появляются очень интенсивные линии источника света, рассеянного с неизмененной длинЬй волны. По одну сторону от этих линий имеется серия слабых спутников (линии Стокса) по другую сторону еще менее интенсивные антистоксовы линии, расположенные симметрично линиям Стокса на тех же расстояниях от интенсивной линии источника света (рис. 75). [c.611]

Из специализированных лазерных приборов кратко рассмотрим спектрометр когерентного антистоксового рассеяния света, первый коммерческий образец которого представлен на рынке фирмой Квантель [12]. Прибор состоит из лазера на гранате, лазера на красителе с перестройкой и дополнительных приспособлений. Обеспечивается непрерывное сканирование в интервале 200 см с разрешением 0,1 см . В этом методе спектр получается под действием на образец двух лазерных полей, разность частот которых совпадает с частотой колебаний молекул, а направления распространения удовлетворяют определенным условиям. Отличительная особенность КР в такой ситуации — его высокая интенсивность, превосходящая в 10 —10 раз интенсивность обычного КР. Продемонстрированы перспективы метода для определения малых содержаний молекул в газах, изучения восприимчивости и времени релаксации, измерения температуры. [c.15]

Ступенчатое возбуждение гармоник. После первичного акта стоксова комбинационного рассеяния света образуется возбужденная молекула и фотон с уменьшенной частотой йсо 1. Стоксово взаимодействие фотона йсо ] с невозбужденной молекулой дает фотон йю-2, где со-2=(й —2( о —ю-1), т. е. возникает первая гармоника. Эти процессы, повторяясь, дают гармоники все более высокого порядка в стоксовой области. Взаимодействие фотона возбуждающего света йш с возбужденной молекулой дает антистоксов фотон йюь причем молекула переходит в невозбужденное состояние. Взаимодействие антистоксова фотона ЙМ] с возбужденной молекулой дает антистоксову гармонику с частотой ЙС02, где (Ог = (о+2((о — ю-1), и т. д. Конкурирующими процессами являются рассеяние антистоксовых фотонов на невозбужденных молекулах с образованием фотонов с уменьшенной частотой и рассеяние стоксовых фотонов на возбужденных молекулах, в результате чего образуются фотоны с увеличенной частотой. [c.516]

Тот факт, что А/может быть равно 2, эквивалентен результату, полученному на основании классической теории в параграфе 336, согласно которому частота рассеянного света изменяется на величину 2v .. В том случае, когда А/ = 0, рассеянное излучение имеет ту же частоту, что и падающий свет, и, следовательно, в этом случае отсутствует комбинационное смещение линий и линии рассеянного света не отличимы от спектральных линий падающего света или от линий релеевского рассеяния. Комбинационные частоты, которые могут наблюдаться для --молекул, соответствуют переходам Д/=- -2 (стоксовы линии) и Д/=—2 (антистоксовы линии). Вследствие того, что вращательные кванты относительно малы, значительное число уровней энергии будет занято многими молекулами при обычных температурах. Следовательно, можно наблюдать несколько вращательных комбинационных переходов, соответствующих начальным значениям /, равным 0,1, 2.. . и т. д. до 10 и даже более. Р1спользуя уравнение (28.1) для энергии жесткого ротатора [c.248]

Эффект комбинационного рассеяния можно объяснить следующим образом при поглощении кванта энергии падающего монохроматического излучения молекула возбуждается до высшего электронного уровня. Спустя очень короткое время возбужденная молекула испускает квант энергии, превращаясь при этом в очень маленький источник света. Если при этом молекула возврав ается на тот же колебательный уровень, что и до поглощения, то испускаемый квант обладает той же энергией. Частота испускаемого излучения аналогична частоте падающего излучения в соответствующей молекуле происходит простое рассеяние света. Если же после испускания молекула обладает более высоким колебательным уровнем (например, v ), чем до поглощения Vq), то испускаемый квант обладает меньшей энергией, чем поглощенный разность между этими двумя энергиями AE равна разности между соответствующими уровнями v —v .AE вычисляют из рамановской частоты при помощи уравнения AJS —Av. Может случиться, что часть молекул находилась первоначально на уровне % и возвращалась после пспускания на уровень В таком случае испускается антистоксова линия, но с той жо частотой v. В действительности явление несколько более сложно, так как, кроме колебательных уровней, участвуют и вращательные уровни так же, как и при поглощении инфракрасного света. [c.110]

При рассеянии света в молекулярной среде возможны два случая. В первом случае световые кванты рассеиваются в неизменном виде (упругое релеевское рассеяние). Это приводит к появлению в спектре рассеянного излучения линии с той же частотой vo (с той же длиной волны Хо), что и падающее излучение (релеевская линия). Во втором случае в результате обмена энергией между квантом падающего излучения и молекулой рассеяние света имеет иную частоту Vft (неупругое рассеяние). Разность соответствует частоте колебаний молекулы. Эта разность положительна (стоксовы линии), если рассеяние света сопровождается повышением запаса колебательной энергии молекулы. В этом случае в результате неупругого рассеяния молекула переходит на один из возбужденных колебателыпз1х уровней (Ей Е2 и т. д., рис. 77). Раз юсть А л может быть и отрицательной, если молекула была возбуждена и находилась иа одном из 1юзбун<депных колебательных уровней (антистоксовы линии). В этом случае реализуется передача колебательной энергии падающему кванту и его энергия, а значит и частота рассеянного света, растет (Л /, <0). Поскольку доля возбужденных молекул по сравнению с певозбужденными мала, интенсивность антистоксовых линий меньше, чем стоксовых. [c.573]

Комбинационное рассеяние света. Эффект комбинационного рассеяния, открытый., независимо друг от друга Раманом, Мандельштамом и Ландсбергом, часто применяется для исследования соединений с ковалентной связью. Сущность эффекта заключается в том, что когда свет достаточной интенсивности проходит через вещество, то часть света рассеивается перпендикулярно направлению исходного луча, содержит и большие и меньшие частоты, чем были в исходном луче при обычном рассеянии света (релеевское рассеяние) частота вообще не изменяется. При комбинационном рассеянии наряду с нормальной частотой в спектре обнаруживаются дополнительные линии — спутники . Те линии, частота которых меньше, чем в исходном колебании, называют стоксовыми линиями, а те, у которых частота больше,— антистоксовыми. Физическая картина этого явления представляет собой взаимодействие падающего кванта света с молекулой вещества (неупругое соударение). При этом или часть энергии кванта поглощается молекулой и рассеивается меньший квант, или, если молекула находится в возбужденном состоянии, падающий квант получает от нее дополнительную энергию и рассеивается больший квант. Молекула, следовательно, может находиться в двух состояниях, отличающихся по запасу энергии на А . В первом случае квант рассеянного излучения должен иметь величину (Яг—АЕ), а во втором — величину (/гг+АЯ). Это соответствует частотам стоксовой линии V—(АЕ/Н) и антистоксовой - - АЕ/Н), причем интенсивность стоксовой линии будет выше, так как большинство молекул находится в основном состоянии, а число возбужденных молекул обычно очень мало. Энергетические уровни в комбинационном рассеянии представляют собой уровн , возникающие вследствие изменения поляризуемости молекулы. Свет, т, е. электромагнитные волны, вызывает поляризацию люлекулы и индуцирует в ней переменный диполь. Между напряженностью Е поля и дипольным моментом .I существует прямая пропорциональная зависимость Е= а х., где а — поляризуе- [c.206]

Когда свет от монохроматического источника (например, ртутной лампы) рассеивается молекулами, в спектре рассеянного света обнаруживается частота со , равная частоте падающего света (так называемое рэлеевское, или классическое рассеяние). При длительной экспозиции в спектре по обе стороны от линии с частотой м° обнаруживаются симметрично расположенные линии, так называемые сателлиты — спутники (рис. 4.6). Сателлиты с частотами (us ° — антистоксовыми. Интенсивность стоксовых сателлитов значительно выше, чем антистоксовых. Интенсивность тех и других в свою очередь во много раз меньше интенсивиости основной, рэлеевской линии с частотой со°. [c.60]

Рассеяние света без изменения ча-Стоты называется классическим или Орелеевским. Рассеяние света с измене- ( нием частоты называется комбинацион- ным, причем рассеяние с частотой (со — сор) называется стоксовым, а с частотой с (со + сОе) — антистоксовым. [c.17]

Когда свет от монохроиатического источника (например, ртутной лампы) рассеивается молекулами, в спектре рассеянного света обнаруживается частота ш , равная частоте падающего света (так называемое рэлеевское, или классическое рассеяние). При длительной экспозиции в спектре по обе стороны от линии с частотой оа обнаруживаются симметрично расположенные линии, так называемые сателлиты — спутники (рис. 22). Сателлиты с частотами < со называют стоксовыми, с частотами а > ю — антистоксовыми. [c.68]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология