Ramanova spektrometrie

TEORETICKÝ ZÁKLAD Vzorek + monochromatické záření z UV/VIS oblasti o vlnočtu ño, sledováno rozptýlené záření  (kolmo na směr dopadu): pružný rozptyl na makroskopických částicích (Tyndalův) nebo molekulách (Rayleighův): ñ = ño nepružný rozptyl (výměna energie se vzorkem): ñ  ño Poměr intenzity excitačního, Rayleighova a Ramanova záření: cca 1 : 10-5 : 10-8

Vznik Ramanova spektra a) Stokesovy čáry; b) Rayleighovy čáry, c) anti-Stokesovy čáry

TEORETICKÝ ZÁKLAD E  En – Eo (quasi-excitovaný stav) ν̃ = ν̃o - ν̃i´ Stokesovy čáry ν̃ = ν̃i´´- ν̃o anti-Stokesovy čáry (intenzita stoupá s teplotou - obsazení vyšších stavů) Dν̃ Ramanův posun; poloha signálu nezávisí na o. Je mírou energie potřebné ke změně vibračního stavu molekuly  analogie údajů v IR; Dν̃ (Raman)  Dν̃ (IR). Totéž pro změny rotačního, vibračně-rotačního stavu

Infračervené a) a Ramanovo b) spektrum glycinu Poloha Ramanových pásů: podle počtu a hmotnosti vibrujících atomů, silových konstant a geometrie molekuly – analogie s infračervenou spektrometrií.

Aktivita vibrací změna polarizovatelnosti molekuly (schopnost posunu el. nábojů v molekule vlivem elektrického pole záření) při vibraci.  Intenzivní Ramanovy pásy poskytují vazby: 1. nepolární (O – O, N – N) 2. podle typu vibrace: CO2: symetická vibrace - změna polarizovatelnosti  pás antisymetrická vibrace – rušení změn polarizovatelnosti  neaktivní  Ramanova spektrometrie: informace o skeletu molekul a nepolárních vazbách Alternativní zákaz u symetrických molekul: vibrace aktivní v IR jsou neaktivní v Ramanově spektru

Modifikace Ramanovy spektrometrie Rezonanční Ramanův efekt: použití o blízkého  absorpčního pásu v UV/VIS spektru  zvýšení intenzity Ramanových čar (biolog. materiály) Surface Enhanced Raman Scattering, SERS – povrchové zesílení; studium adsorpce

Experimentální uspořádání Zdroj monochromatického záření z UV/VIS oblasti: rtuťová výbojka (dříve), lasery (plynové nebo pevnolátkové; oblast VIS nebo blízká IR) Vzorek: plynný, kapalný, pevný Kyvety skleněné nebo nefluoreskující křemenné; vyhřívané, chlazené, rotující Rozpouštědla: vodná, organická se slabými Ramanovými pásy Detektory: dříve fotografická deska, dnes fotonásobič, event. diodové pole Rozptýlené záření registrováno ve směru 90° nebo 180° vzhledem ke směru záření dopadajícího. Nutno odstranit event. fluorescenci, rozptyl na nehomogenních částicích

Instrumentace Disperzní Ramanovy spektrometry: Monochromátor pro rozklad rozptýleného záření: mřížky s velkou rozlišovací schopností Spektrometry s Fourierovou transformací (FT-Raman): rychlost  akumulace spekter  zvýšení intenzity signálů

Ramanova mikrosonda, MOLE (Molecular Optics Laser Examiner) – spojení s mikroskopem

ANALYTICKÉ APLIKACE Kvantitativní analýza – analogicky s IR Strukturní analýza: možnost měření ve vodě – biologické materiály Kvantitativní analýza – analogicky s IR