Исследование сложного рассеяния света

Исследование сложного рассеяния света [c.725]

Обширные и обстоятельные опытные исследования сложного рассеяния света были впервые проделаны В. А. Тимофеевой [15, [c.725]

После появления изложенной выше работы Шулейкина [8] было проделано несколько теоретических работ, относяш ихся к полностью рассеянному свету. Наиболее интересной из них является работа В. А. Амбарцумяна [14], показавшего, что при какой угодно форме индикатрисы рассеяния свет, полностью рассеянный, ослабляется на пути по экспоненциальному закону. К сожалению, очень долгое время не было экспериментальных работ, которыми можно было бы воспользоваться для проверки теории сложного рассеяния света вообще и в частности на самом интересном участке оптического пути, на котором свет еще не полностью рассеян. Появлялись лишь одиночные исследования, из которых можно было почерпнуть некоторые сведения о той или иной стороне сложного рассеяния света, изученного на опыте. Так, в некоторых работах, преследовавших чисто технические цели, было обнаружено на опыте, что в толще молочного стекла и других рассеивающих сред свет, наблюдаемый под прямым углом к основному потоку, достигает максимальной яркости на некоторой определенной глубине, после чего начинает слабеть — в полном согласии с теорией Шулейкина. [c.725]

Связь между теорией рассеяния света частицами и теорией рассеяния света на флуктуациях слишком сложна и не может быть объяснена на том уровне, который был принят в нашем изложении. Несмотря на различие в подходах, обе теории в сущности похожи. При этом не совсем понятно, какая из этих теорией является более общей. Дело в том, что с теоретической точки зрения нельзя найти условия, при которых одна теория была бы применима, а другая — нет. Например, если в системе имеются условия, при которых отдельная частица не рассеивает света (например, при = По), то и при флуктуациях концентрации этих частиц рассеяния тоже не будет. Наоборот, если рассеивающие свет частицы все время остаются в совершенно равномерном распределении (например, система при равномерном распределении заморожена при Т = 0), причем п.1 Ф По, то с точки зрения оптики каждая частица будет играть роль флуктуации. Применимость той или иной теории в каждом конкретном случае определяется только практическими соображениями. Например, при исследовании раствора макромолекул легко найти зависимость п от концентрации с, тогда как неизвестно. В этом случае используется флуктуационная теория. Эквивалентность обеих теорий можно показать следующим образом [1 ]. [c.25]

Такой метод может быть использован только для прозрачных веш,еств, когда большая часть падаюш,его света проходит сквозь образец неизмененной. Ослабленные кванты, появляющиеся после столкновений с молекулами образца, рассеиваются во всех направлениях, причем интенсивность этого рассеянного излучения крайне низка. Его можно фотографировать и по интенсивности и положению новых полос оценивать молекулярные колебания данного вещества (фиг. 20). Однако, для того чтобы собрать и измерить этот рассеянный свет, необходимы очень чувствительные приборы. Методика подобных исследований весьма утомительна и трудоемка, особенно в работе с такими сложными и зачастую нестабильными органическими веществами, какими, по-видимому, является большинство духов. [c.186]

Когда раствор содержит большие частицы (размер которых много больше длины волны падающего света), рассеяние света — это просто отражение падающего света во всех направлениях от поверхности частиц, играющих роль множества маленьких зеркал. Именно так рассеивают свет пылинки в луче, проходящем через темную комнату. Когда же размер частиц уменьшается до коллоидных размеров, явление становится гораздо более сложным. Рассмотрим сравнительно простой случай рассеяния света маленькими сферическими непроводящими частицами, который был впервые исследован теоретически английским физиком Релеем в 1871 г. [c.19]

В качестве примера можно привести так называемый комбинированный метод анализа бензиновых фракций нефтей, разработанный под руководством академиков Г. С. Ландсберга и Б. А. Казанского на основе сочетания химических исследований и изучения спектров комбинационного рассеяния света [2]. Для создания новых спектральных методик идентификации веществ и для анализа сложных смесей органических соединений необходимы систематизированные данные по спектральным характеристикам индивидуальных соединений. Такие данные по ультрафиолетовым спектрам большого количества органических соединений в виде растворов в различных растворителях собраны в ряде изданий — атласов молекулярных спектров [3, 4]. Следует отметить, что подобных изданий, систематизирующих спектры кристаллов, пока нет, хотя работы в этой области успешно ведутся во многих лабораториях нашей страны и за рубежом. [c.6]

Следует отметить, что исследования спектров комбинационного рассеяния света не лишены недостатка всех спектроскопических исследований, состоящих в том, что спектры многоатомных молекул настолько сложны, что толкование их представляет большие трудности. Однако при изучении спектров комбинационного рассеяния большого числа молекул, содержащих одинаковые функциональные группы или группы атомов, оказалось возможным связать некоторые частоты с определенными группами или связями. Это привело-к двум очень важным приложениям исследований спектров комбинационного рассеяния света к органической химии 1) определение стр)о<туры молекул путем отнесения некоторых наблюдаемых комбинационных частот к определенным структурным единицам и 2) изучение влияния заместителей на прочность связей, что может быть вычислено из комбинационных частот, как это будет показано ниже. [c.197]

Систематически рассмотрены общие вопросы спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР). Проведено общее исследование комплексного и несимметричного тензора КР. Дана углубленная квантовая теория явления КР, в которой последовательно учитывается конечная ширина электронных и колебательных уровней. Рассмотрены температурная и частотная зависимости интенсивности линий КР. Показаны разнообразные возможности применения колебательных и вращательных спектров КР для исследования строения молекул и получения данных о геометрической конфигурации, динамических и электрооптических параметрах молекул. Описаны методы структурного анализа сложных органических молекул по спектрам комбинационного рассеяния. Рассмотрены спектры второго порядка в связи с ангармоничностью колебаний молекул. Анализируются проявления в спектрах КР взаимодействия атомов и атомных групп в сложных молекулах и проявления межмолекулярного взаимодействия. [c.4]

Спектроскопия вообще и молекулярная спектроскопия в частности— это разделы физики, занимающиеся изучением закономерностей взаимодействия электромагнитной радиации с веществом, сопровождающегося процессами поглощения, излучения и рассеяния света. В качестве объектов спектроскопического исследования могут использоваться самые разнообразные вещества, находящиеся в любых агрегатных состояниях. В простейшем случае это разреженный газ, среднее расстояние между молекулами которого настолько велико, что их можно рассматривать изолированно друг от друга. В наиболее сложном случае это конденсированное тело, в котором каждая образующая его частица находится под влиянием сил межмолекулярного взаимодействия. Поэтому из спектроскопических данных можно получать информацию как о структуре и свойствах молекул, так и [c.5]

В большинстве случаев при исследовании спектров комбинационного рассеяния ограничиваются измерением только одного параметра — частот линий комбинационного рассеяния. Измерение частот сравнительно несложно и при некоторых мерах предосторожности дает достаточно точные и надежные результаты. Значительно более сложную задачу представляет собой измерение интенсивностей, знание которых необходимо для количественного молекулярного анализа. В большинстве работ по комбинационному рассеянию света интенсивности вообще не измерялись, а только оценивались грубо в условной шкале. Но даже [c.299]

Из изложенного следует, что, вопреки часто встречаюш емуся мнению, исследование рассеяния света практически не дает нам сведений о размерах макромолекул независимо от гипотез относительно их структуры. Такие сведения могли бы быть получены только из изучения рассеяния света под очень малыми углами, что практически невозможно. Тем более сказанное относится к методам определения размеров макромолекул по их гидродинамическим свойствам. Гидродинамические свойства макромолекул в растворе (вязкость, седиментация,, поступательная и вращательная диффузия), несомненно, определяются размерами макромолекул, однако эта зависимость часто довольно сложна и определение размеров макромолекул из их гидродинамических параметров требует известных модельных предположений. [c.306]

Сравнительно простой вид имеет функция аппарата а(х) для предельных случаев, когда щель спектрографа освещена вполне когерентным или вполне некогерентным светом. Практически же при освещении щели спектрографа с использованием конденсорной линзы, как это обычно делается при исследовании спектров комбинационного рассеяния, свет, падающий на щель, может быть частично когерентным. В этих промежуточных условиях освещения функция аппарата имеет весьма сложный вид. [c.14]

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]

В стационарных условиях проведения процессов ХВЭ, как правило, короткоживущие частицы находятся в весьма низких концентрациях, недоступных для прямого наблюдения, поэтому были разработаны импульсные методы. Они заключаются в том, что за время, которое существенно меньше времени жизни изучаемой частицы, в систему подается количество энергии, которое генерирует такую концентрацию короткоживущей частицы, чтобы можно было наблюдать ее экспериментально быстрыми физическими методами исследования, например с помощью абсорбционной спектроскопии, люминесценции, комбинационного рассеяния, вольтамперометрии, кондуктометрии, ЭПР и др. Комбинации этих методов и условий проведения процесса позволяет определять такие физико-химические характеристики короткоживущих частиц, как молярный коэффициент поглощения, энергетический и квантовый выходы, времена жизни и константы скорости реакций, константы равновесия, окислительно-восстановительные потенциалы, подвижности в электрическом поле, знак и величину заряда частиц и др. Импульсные методы возбуждения действием света описаны в [172—174], ионизирующего излучения в [175, 176], электрического разряда в [177, 178]. Рассмотрим методы нахождения констант скорости реакций в импульсных условиях при воздействии импульсов света. Следует отметить, что при сложной кинетике для уточнения и нахождения констант скорости реакций целесообразно использовать математическое моделирование (см. разд. 3.10 и 3.12). [c.156]

Разработка все более тонкой и чувствительной аппаратуры и прогресс в понимании теоретических основ методов светорассеяния привели к появлению большого числа разнообразных приборов, теперь уже вполне доступных исследователям, работающих в различных областях биологии. Хотя от улучшения конструкций приборов и их характеристик в целом рутинный анализ и исследования более сложных биологических факторов только выигрывают, все же причиной плохой воспроизводимости и неоднозначности данных является обычно именно чрезвычайная сложность и изменчивость биологических систем. Вообще эти проблемы возникают при применении в биологических исследованиях любых методов, связанных с рассеянием и другими взаимодействиями вещества со светом. Таким образом, на первый план выдвигается проблема обеспечения селективности оптических методов при изучении тех или иных биологических процессов. [c.549]

В главу шестую, посвященную оптике моря, включены новые материалы, которые касаются сложных явлений многократного рассеяния и одновременного поглощения света в морской воде и в искусственных мутных средах. Описана новая оригинальная аппаратура, применяемая отечественными исследователями в экспедициях и в лабораторных условиях, для изучения этих процессов. В последние годы появилось много работ по исследованию поляризации света в рассеивающих и поглощающих средах. Результаты этих работ также отражены в главе шестой. [c.4]

Теоретический анализ /25/ показывает, что распределение интев-сивности в спектре рассеянного света имеет сложный характер и зависит от кинетических свойств среды, в частности сяг наличкх в ней релаксационных процессов. Подробные исследования этих деталей спектральной картины рассеянного излучения потребовали разработки специальной методики, основным элементом которой является использование одночастотного лазера с предельно узкой линией собственного излучения. Необходимость в этом возникает в особенности при высоких температурах исследуемой жидкости (с ростом температуры компоненты триплета сближаются), при рассеянии под малыми углами и при изучении тонких деталей спектрал1 ой картины. Для этих исследований была создана специальная оптическая кювета, предназначенная для температур до 600° К под давлением до 50 МПа. Ра >-работанная система фотоэлектрической регистрации с синхронным детектированием обеспечивала высокую стабильность и чувствительность установки. [c.10]

Поглощение или рассеяние излучения исследуют спектроскопическими методами (микроволновая и инфракрасная спектроскопия, спектроскопия комбинационного рассеяния света), которые основаны на изучении вращательных переходов энергии молекулы, что позволяет определить для изучаемой молекулы с данным изотопным составом максимум три главных момента инерции. Для линейных молекул и молекул типа симметричного волчка можно определить лишь одну из этих величин. Число моментов инерции, определенных спектроскопически, соответствует числу определяемых геометрических параметров молекул. В связи с этим при исследовании геометрического строения многоатомных молекул необходимо применять метод изотопного замещения, что создает значительные трудности. Кроме того, микроволновые и инфракрасные вращательные спектры могут быть получены только для молекул, имеющих днпольный момент. Изучение строения бездипольных молекул осуществляется методами колебательно-вращательной инфракрасной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). Однако эти спектры имеют менее разрешенную вращательную структуру, чем чисто вращательные микроволновые спектры. Трудно осуществимы КР-спектры в колебательно-возбужденных состояниях бездипольных молекул или приобретающих дипольный момент в колебательных движениях. Последние случаи весьма сложны и, как правило, реализуемы лишь для простых молекул типа СН4. [c.127]

В малоугловом лазерном рассеянии света измерения проводят в интервале углов 2—10°, поэтому, если Мш не превышает 10 , измерения следует осуществлять только при одном угле. Используемые в широкоугловом светорассеянии сложные экстраполяции (диаграммы Зимма) в этом случае оказываются ненужными. Поскольку объем рассеяния геометрически определен, значения Мш, получаемые при малоугловом рассеянии света, представляют собой абсолютные величины. К минимуму сводятся и проблемы осветления образцов для исследования, последнее обстоятельство связано с очень маленьким (0,1 мкл) объемом рассеивания. [c.211]

При исследовании фракщхй бензинов пли синтетических углеводородных смесей, получаемых при алкилировании, изомеризации и при других процессах, методом точной ректификации удается получить очень узкие фракции, выкипающие в интервале 1—3 ". В пределе такие узкие фракции представляют собой концентраты индивидуальных углеводородов или бинарные (двойные) смеси изомеров с очень близкими температурами кипения. Определение состава таких смесей возможно спектроскопическими методами по спектрам комбинационного рассеяния света или спектрам поглощения в инфракрасной области. Однако это сложно и не всегда доступно. В случае анализа бинарных смесей парафиновых углеводородов с близкими температурами кипения и почти совпадающими другими физическими константами (плотность, показатель 1феломлеиия и т. д.) новые возможности открывает весьма простои метод так называемых о л о в я н н ы х т о ч е к. [c.149]

В настоящее время при проведении большинства работ по исследованию катализа вполне можно пользоваться обычными поступающими в продажу инфракрасными спектрометрами или лишь незначительно модифицировать их. Поэтому мы сосредоточим наше внимание на способах приготовления образца и на конструкции ячейки. Основная проблема, возникающая при исследовании любого вещества,— ввести образец в пучок ИК-излуче-ния так, чтобы через него проходило достаточное количество излучения и чтобы образец поглощал достаточное количество света для получения спектра. Для обычных жидкостей или газов это не слишком трудная задача. Их можно поместить в стеклянную или металлическую ячейку с пропускающими ИК-излучение окошками, изготовленными, например, из Na l, КВг или каких-то других материалов, перечисленных в литературе по спектроскопии. Для получения спектра большинства газов можно использовать газовую ячейку длиной 10 см и диаметром 3 или 4 см при давлении газа от нескольких миллиметров ртутного столба до 1 атм. Если образец жидкий, наиболее удобна толщина слоя от 1 до 100 мкм. Для твердых образцов вопрос о рассеянии света становится серьезным. Тогда как полированный монокристалл Na l прозрачен, порошкообразная соль совсем непрозрачна. Выращивание монокристаллов подходящих размеров слишком сложно, чтобы сделать такой подход к получению спектров твердых веществ достаточно заманчивым поэтому были разработаны методы подготовки порошкообразных твердых тел для спектрального исследования. Количество радиации, рассеянное частицей, уменьшается по мере того, как уменьшается различие в величинах диэлектрической проницаемости между частицей и окружающей средой. Частица в газообразном окружении или в вакууме рас- [c.338]

В упомянутом примере различие в окраске столь значительно и характерно, что выводы о строении могли быть сделаны без применения какой-либо специальной аппаратуры. В более сложных случаях заключения о структуре могут, разумеется, быть сделаны на основе спектральных исследований. Для этого в зависимости от оптических св01гств изучаемого объекта могут быть использованы данные изучения спектров поглош,ения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной области, а также спектры комбинационного рассеяния света. В последнее время выяснилось, что особенно большую роль играет метод -инфракрасной спектроскопии. В подавляющем большинстве случаев изучаются инфракрасные спектры [c.43]

Следует заметить, что обоснованное суждение о полидисперсности полимеров по форме кривой рассеяния возможно лишь в отсутствие других эффектов, влияющих на угловое распределение рассеянного света. Сюда относятся, в первую очередь, разветвленность макромолекул и объемные эффекты, приводящие к негауссовости цепи (см. 2 главы 4). Одновременное действие двух факторов (например, полидисперсность и разветвлен-ность, или полидисперсность и объемные эффекты) создает весьма сложную ситуацию. В отдельных случаях удается, по крайней мере в принципе, разделить два эффекта в рамках метода светорассеяния. Для исключения объемных эффектов исследование полидисперсности следует проводить, измеряя рассеяние в плохом (желательно тета-) растворителе. [c.116]

Среди современных методов исследования строения органических соединений и их анализа значительную роль играют физические методы, в частности оптические. Особое значение среди этих последних приобретает метод рамап-спектросконии (комбинационное рассеяние света) становящийся в последние годы одним из очень важных приемов изучения молекул. Ряд структурных задач теоретической органической химии и многочисленные сложные задачи анализа смесей органических соедине-пый, включая технически важные вопросы анализа моторного Т01плива, могут успешно разрешаться при помощи метода комбинационного рассеяния света. Мы имеем в этом методе настоящий прием молекулярного спект-трального анализа как качественного, так и количественного. Значение его особенно возрастает в связи с тем обстоятельством, что возникновение спектра комбинационного рассеяния света связано с возбуждением лишь ротационных и низких (обычно первого) колебательных уровней и поэтому не сопровождается расщеплением даже весьма несто11ких молекул и радикалов. Таким образом, метод комбинационного рассеяния и в этом отношении не только не уступает, но даже превосходит обычные методы инфракрасной спектроскопии, не говоря уже об огромных преимуществах его в смысле относительной аппаратурной простоты, скорости получения результатов, повышения разрешающей снособности и т. д. [c.159]

Освещение щели объемным источником. До сих пор мы рассматривали поверхностные источники, т. е. источники, размеры которых в направлении оси спектрального прибора пренебрежимо малы по сравнению с размерами светящейся поверхности. Однако в ряде задач мы имеем дело со свечением, исходящим из различных участков объемного источника, причем условия освещения прибора существенно различны для света, идущего от разных частей источника. С такого рода задачами мы встречаемся при исследовании спектров комбинационного рассеяния и флуоресценции, возбуждаемых в длинных кюветах и наблюдаемых вдоль оси этих кювет, а также при исследовании и наблюдении свечения газоразрядных трубок, рассматриваемых в направлении оси. Детальные расчеты оптимальных условий освещения от таких источников достаточно сложны. Здесь даются только общие принципы, которыми следует руководствоваться при выборе условий освещения. Объемные источники разделяются на самопоглощающие и несамопоглощаю-щие. В первом случае свет, идущий от дальних зон источника, поглощается в слоях, расположенных между этими зонами и выходным окном источника. Световой ноток Фд = /о д,х, исходящий из зоны с1х, расположенной на расстоянии X от конца источника (рис. 5.5), ослабляется по закону [c.134]

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]

Наиболее трудной задачей при исследовании спектров комбинационного рассеяния дисперсных сред является измерение интенсивностей линий, которые сложным образом зависят не только от свойств вещества, но и от характеристик среды, например от размера зерен. Аналогичная задача возникает при изучении люминесценции дисперсных сред. А. П. Иванов [473] первым попытался учесть влияние дисперсности среды на интенсивность люминесценции. Опираясь на расчеты Гер-шуна [472], он получил зависимость интенсивности люминесценции от толщины слоя порошка. Однако в этих расчетах было принято, что поглощение света люминесценции значительно меньше поглощения для возбуждающего света. В комбинационном рассеянии это допущение неверно. [c.471]

Настоящая коллективная монография содержит 13 обзорных статей по ряду новых методов исследования структуры и свойств полимеров. Теоретические основы этих методов достаточно сложны, что отражает объективно существующую тенденцию каждый новый шаг в познании тайн природы дается, как правило, с большим трудом, чем предыдущий. То же самое можно сказать и в отношении инструментальной части методов, которая в большинстве случаев опирается на различные приборы промышленного производства. Описываемые в книге методы часто могут дать качественно новую информацию, а следовательно, заслуживают того, чтобы ими заниматься и их развивать. К таким методам относятся, например, акустическая эмиссия полимеров, находящихся под нагрузкой, масс-спектроскопия напряженных полимерных образцов, бриллюэновское рассеяние и квазиупругое рассеяние лазерного света в полимерных системах. Весьма изящной выглядит конструкция нанотензилометра, позволяющего изучать процесс растяжения полимерного монокристалла. В книге проводится обсуждение и других методов, пока еще сравнительно мало распространенных, но явно заслуживающих пристального внимания физиков и химиков, работающих в области высокомолекулярных соединений. [c.5]