Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС)

Не все молекулы поглощают инфракрасное излучение. В частности, молекулы с определенными свойства.ми симметрии, как, например, гомоядерные двухатомные молекулы, не поглощают инфракрасного излучения. В более сложных молекулах не все типы колебаний обязательно соответствуют поглощению инфракрасного излучения. Например, симметричные молекулы, как, скажем, этилен, Н,С=СН2, не обнаруживают всех своих колебаний в инфракрасном спектре. Для того чтобы помочь исследованию колебаний таких молекул, часто используется спектроскопия комбинационного рассеяния (КР). Спектр КР возникает в результате облучения молекул свето.м (обычно в види.мой области) известной длины волны. В современных спектрометрах КР в качестве источника света, облучающего образец, обычно используется лазерный пучок (рис. 13-35). Поглощение излучения измеряется косвенным путем. При облучении светом высокой энергии [c.590]

Лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС) [c.123]

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]

ПИИ в приложении его к решению задач структурной и физической химии. В то же время использование лазеров открывает новые возможности, недоступные для ИК-спектроскопии. Не останавливаясь на преимуществах лазерной спектроскопии КР, которые во многом очевидны и многократно обсуждались в научной литературе, отметим, что достижения этого метода тесно связаны с успехами нелинейной оптики. С другой стороны, комбинационное рассеяние света вызывает интерес как физическое явление, что привело к открытию новых эффектов, таких,, как вынужденное комбинационное рассеяние, резонансное комбинационное рассеяние, активная спектроскопия комбинационного рассеяния, и ряда других. [c.8]

В заключение следует заметить, что не только постоянно совершенствуются и расширяются рассмотренные методы идентификации органических соединений, но и создаются новые. Например, быстрое развитие лазерной техники привело к тому, что спектроскопия комбинационного рассеяния света, дополняющая ИК-спектроскопию, начинает конкурировать с ней как в простоте и скорости методики, так и в информационных возможностях. Уже сейчас публикуются первые корреляционные таблицы характеристических частот по КР-спектрам. Поэтому близок день, когда в аналогичное учебное пособие будет введена глава по КР-спектроскопии. Не менее перспективна и фотоэлектронная спектроскопия. [c.7]

Структуру и динамику самых разнообразных жидкостей, начиная от жидкого водорода и кончая расплавленными силикатами, можно изучать посредством различных спектральных методов. Среди них наиболее важны дифракция рентгеновских лучей, нейтронография, ядерный магнитный резонанс, лазерная спектроскопия комбинационного рассеяния и рассеяние света. Одним из самых мощных новейших методов является импульсное лазерное возбуждение. В пикосекундном диапазоне (10 с) мы можем исследовать движение молекулы растворенного вещества внутри клетки молекул растворителя. Теперь можно непосредственно наблюдать за фундаментальными химическими событиями в реальном времени. Например, можно наблюдать, как два атома иода в жидкости соединяются в молекулу, как захватывается (сольватируется) жидкой водой свободный электрон, как энергия, поглощенная молекулой растворенного вещества (азот или бензол), передается от нее окружающим молекулам растворителя. [c.190]

В спектроскопических методах результат взаимодействия света с молекулярными системами регистрируется как функция отклика. Она отражает либо изменение какого-нибудь параметра воздействующей световой волны (амплитуды, частоты и направления волны, фазовых характеристик, поляризации, скорости распространения и т. д.), либо появление нового качества (например, генерацию второй гармоники излучения). Зависимость функции отклика от интенсивности световой волны определяет деление на линейную (линейная зависимость) и нелинейную (нелинейная зависимость) спектроскопии. В этой книге излагаются методы как линейной лазерной спектроскопии (абсорбционная и флуоресцентная спектроскопия комбинационное рассеяние), так и некоторые методы нелинейной оптической спектроскопии (двухфотонное поглощение, нелинейное рассеяние). Отдельно будут изложены методы фемтосекундной спектроскопии. [c.114]

До появления в недавнем времени лазерной техники химики-органики уделяли мало внимания спектроскопии комбинационного рассеяния частично из-за высокой стоимости оборудования и необходимости высокой тщательности при проведении опыта, а главным образом из-за того, что для проведения анализа требуются пробы больших размеров. В отличие от спектров поглощения, которые соответствуют сильным эффектам первого порядка, спектры КР чрезвычайно слабы, так как они определяются рассеянием света, т. е. эффектом второго порядка. Спектры КР, получаемые с помощью лазера, имеют следующие преимущества по сравнению со спектрами, которые получали прежде с помощью ртутной дуговой лампы [c.285]

Успехам колебательной спектроскопии кристаллов во многом способствует использование лазерных источников света для возбуждения спектров комбинационного рассеяния и применение [c.5]

Изучение поверхности Рс1 с адсорбированным на нем ДМАБ осуществленное с использованием метода многократного нарушенного полного внутреннего отражения в инфракрасной области и метода лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния света, не выявили частиц с В—Н-связью (vв-н = 1800— 2000 см ). Вместе с тем, исследования рентгеновскими методами при соблюдении приемов, обеспечивающих максимальный поток рентгеновских лучей, выявили в дифракционной картине несколько слабых максимумов между 3,5 и 7,5 А, т. е. в области наибольшей интенсивности дифракции как для ромбоэдрического, так и для тетрагонального бора. Это дает основание предположить, что на поверхности Рс1 присутствует, по меньшей мере, одна из модификаций элементарного бора. Учитывая, что восстановленный с помощью ДМАБ металл всегда содержит бор, следует предположить общность механизма разложения АБ в обоих случаях (в растворах ДМАБ и растворах химического никелирования). [c.159]

Мощные лазерные источники света произвели настоящую револювд1Ю в аналитической оптической спектроскопии. Первым и прямым следствием их использования стало повышение чувствительности. В особых случаях, применяя резонансно стимулированную двухфотонную ионизахщю с помощью перестраиваемого лазера, удается достичь предельно возможной чувствительности — добиться обнаружения единственного атома (атом цезия) или всего одной молекулы вещества (нафталина). К этому же невероятному пределу приближается чувствительность метода индуцированной лазерной флуоресценции. С помощью лазерного зондирования можно обнаруживать загрязнения в атмосферном воздухе на расстоянии больше одной мили. Особенно хорошие результаты дает флуоресцентное возбуждение или лазерная раман-спектрометрия. В этом методе в сторону исследуемого объекта, например в сторону столба дыма, направляют импульс лазерного света и измеряют время, через которое появляется сигнал флуоресценции или сигнал комбинационного рассеяния (рамановский сигнал). Зная скорость света, можно определить, на каком удалении находится объект. Таким образом, сигнал не только расскажет нам, какие вещества (загрязняющие воздух соединения) находятся в объекте, но также позволит проследить, как они распространяются от источника загрязнений. [c.196]

Рентгеноструктурный анализ. В обычной рентгеноструктурной кристаллографии образец облучают пучком монохроматических рентгеновских лучей изображение, образуемое рассеянным рентгеновским лучом, регистрируют на фотографической пленке. Характеристические дифракционные линии обычно принимают в качестве единственного метода определения структуры твердых за грязняющих веществ. Однако в последнее время результаты рентгеноструктурного анализа подтверждаются также данными ИК-и лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния света, мес-сбауэровской спектроскопии, ядерного магнитного резонанса (ЯМР), электронного спинового резонанса (ЭСР) и фотоэлектронной спектроскопии [10, 12]. Частицы размером 5 мкм часто дают дифракционное распределение с тремя и даже более линиями, что может помочь при идентификации неорганического загрязняющего вещества, выделенного из пробы воздуха. Как отмечалось ранее, все большее внимание уделяется определению возможных форм, в которых присутствует загрязняющее вещество. Более подробную информацию можно получить из обзоров [12]. [c.606]

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]

Книга переведена не полностью. При подготовке ее к изданию на русском языке не были переведены некоторые незначительные по объему разделы, посвященные рассмотрению основных спектральных характеристик, теории колебаний малых молекул и спектроскопии комбинационного рассеяния, поскольку соответствующий материал полнее и лучше изложен в отечественной или уже переведенной литературе. Кроме того, материал по спектроскопии комбинационного рассеяния света, приведенный в книге, несколько устарел. Читателю, интересующемуся этим вопросом, можно рекомендовать монографию Т. Гилсона и П. Хендра. Лазерная спектроскопия КР в химии. Под ред. В. Т. Алексаняна. Пер. с англ. М., Мир , 1973, а также обзор J. L. Koenig. Спек- [c.12]

Для изучения мол. динамики используют физ. явления рэлеевское и комбинационное рассеяние света (см. Комбинационного рассеяния спектроскопия), акустич. и мат. релаксацию (см. Акустическая спектроскопия), радиоспектроскопию, аннигиляцию позитрония (см. Мезонная химия), рассеяние нейтронов (см. Нейтронография). Разработаны спец. методы пикосекундная и фемтосекундная оптич. спектроскопия, включая лазерную динамич. голографию с временами разрешения до 10 " - 10 с (см. Лазерная спектроскопия), а также методы мат. моделирования (см. Молекулярная динамика, Молекулярная механика). [c.242]

Главной трудностью при создании таких приборов было отсутствие монохроматических источников света. Те, что имелись, излучали кванты с изрядным разбпосом по энергии. А раз так, то и основная линия, и стоксова были довольно расплывчаты, что сильно затрудняло измерение. Проблема была решена, едва появились лазеры. Ведь их луч идеально монохроматичен. В последние годы Раман-спектрометры с лазерным возбуждением — не только красным, но и зеленым и синим — производятся серийно, и два традиционных, хорошо освоенных химиками, спектроскопических метода исследования дополнились третьим (его называют еще спектроскопией комбинационного рассеяния — КР). А дополняет он ИК- и УФ-спектры на редкость удачно. [c.173]

Тепловое ИК излучение было открыто У. Гершелем еще в конце XVIII в., а ИК спектры поглощения молекул впервые были получены лишь в начале XX в. Эффект комбинационного рассеяния света веществом был сначала предсказан теоретически А. Смека-лем, а экспериментально открыт Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом в СССР и независимо индийскими учеными. 4. В. Раманом и К. С. Кришнаном в 1928 г. Оба метода особенно успешно стали развиваться в середине нашего века ИК спектроскопия— в конце 40-х, начале 50-х годов, благодаря достижениям в создании необходимых оптических материалов и развитии электронной техники, а спектроскопия КР — в 60-х годах, в результате появления лазерных источников возбуждения этих спектров. [c.170]

В настоящее время исследуется большое число нелинейных оптических взаимодействий высокоинтенсивных лазерных лучей с веществом [113, 114]. Два из них — спектроскопия насыщения и двухфотонное поглощение — уже были рассмотрены. Третьим методом является когерентная антистоксова спектроскопия комбинационного рассеяния ( ARS)—метод смещения четырех волн, который привлек широкое внимание и уже нашел некоторое аналитическое применение. Уникальное свойство ARS состоит в том, что оптический сигнал, испускаемый в результате взаимодействия в образце трех фотонов из двух падающих лазерных лучей, сам по себе является когерентным в пространстве и времени лучом ( четвертой волной ). Таким образом, этот метод обладает геометрическими преимуществами лазерной абсорбционной спектроскопии из-за отсутствия потерь, подчиняющихся закону обратной пропорциональности квадрату расстояния, как в падающем, так и в испускаемом образцом свете. Так, пространственную когерентность испускаемого луча можно использовать для исследования недоступных образцов, например внутренней камеры реактивного двигателя [115]. [c.587]

Лазеры применяют также при изучении комбинационного рассеяния и рассеяния Мандельштама -Бриллюэна [118]. Последнее возникает в результате взаимодействия монохроматического (лазерного) излучения с термоакустическими флуктуациями в исследуемом вешестве. Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна и его использование для анализа биологических систем обсуждается в работе [84]. Комбинационное рассеяние наблюдается при взаимодействии когерентного лазерного света с веществом, что приводит к сдвигу частоты рассеянного света, содержащему информацию о молекулярных колебаниях в исследуемом образце. Спектроскопию комбинационного рассеяния используют для изучения многих биомолекул in vitro [79, 100], а с педавнегс времени - и интактных клеток [57]. [c.542]

Изобретение лазера в 1960 г. положило начало третьему периоду в развитии спектроскопии КР. Появление этого источника излучения вновь вызвало огромный интерес к спектроскопии КР, и многие достижения, описанные в различных главах этой книги, стали возможными с применением лазеров. Использование лазерных источников света позволило провести эксперименты, которые ранее были недоступны или слишком сложны. Так, при помощи поляризованного лазерного излучения можно изучить изотропный и анизотропный вклады в переходы с А/ = 0. Направленность н малая расходимость луча лазера позволили изучать угловую зависимость рассеяния, а высокая интенсивность излучения сделала возможным исследование очень слабых и поэтому ранее ненаблюдаемых переходов. По этим причинам представляется целесообразным рассмотреть основные аспекты теории вращательного комбинационного рассеяния свободными молекулами, развитой Плачеком и Теллером [19, 20]. В дальней- шем эту теорию развили Расмуссен и Бродерсен [20а], однако в настоящее время ее использование в полном объеме недоступно. После обзора ранних работ будут описаны лазерная техника возбуждения спектров КР газов при низком давлении и полученные результаты. [c.145]

Интенсивное применение метода КР в различных областях вызвало появление новой литературы. Вышли в свет монографии и обзоры (в основном за рубежом), посвященные спектроскопии КР. Отечественная литература последнего десятилетия представлена лишь монографией М. М. Сущинского Спектры комбинационного рассеяния молекул и кристаллов ( Наука , 1969) и некоторыми обзорами. Кроме того, в 1973 г. был опубликован русский перевод монографии Т. Гилсона и П. Хендра Лазерная спектроскопия КР в химии ( Мир , 1973). Особенно остро ощущается недостаток специальной литературы по теории комбинационного рассеяния. Классическая монография Г. Плачека Релеевское рассеяние и раман-эффект (Харьков, 1935) давно стала библиографической редкостью. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология