5. Bố cục đề tài
2.4.4. Phương pháp phổ Raman
Phổ Raman là một kỹ thuật quang phổ phân tử, sử dụng tương tác của ánh sáng với vật chất để hiểu rõ hơn về cấu tạo hoặc đặc tính của vật liệu. Thông tin cung cấp bởi quang phổ Raman là kết quả của quá trình tán xạ ánh sáng. Quang phổ Raman mang lại các thông tin rung động trong và giữa các phân tử, có thể cung cấp thêm sự hiểu biết về một phản ứng . Hiệu ứng Raman là kết quả của một sự thay đổi độ phân cực của các liên kết phân tử trong một kiểu dao động xác định và được đo dưới dạng tia tán xạ không đàn hồi.
Nguyên lý hoạt động
Khi ánh sáng tương tác với các phân tử trong chất khí, chất lỏng hoặc chất rắn, phần lớn các photon bị phân tán hoặc tán xạ ở cùng năng lượng với các photon tới. Điều này được mô tả là tán xạ đàn hồi, hoặc tán xạ Rayleigh. Một số lượng nhỏ các photon này, xấp xỉ 1 photon trong 10 triệu sẽ tán xạ ở tần số khác với photon tới. Quá trình này được gọi là tán xạ không đàn hồi, hoặc hiệu ứng quang phổ Raman.
Quá trình tán xạ Raman được mô tả bởi cơ học lượng tử, là khi các photon tương tác với một phân tử, phân tử này có thể được chuyển sang trạng thái ảo ở mức năng lượng cao hơn bằng một nguồn sáng đơn sắc, đặc biệt là nguồn laser. Tia tán xạ đàn hồi (không có thay đổi bước sóng) được gọi là tán xạ Rayleigh và không được quan tâm trong phổ Raman, trừ việc nó được dùng để đánh dấu bước sóng tia laser. Tuy vậy, nếu mẫu từ trạng thái kích thích rơi về mức năng lượng dao động khác với ban đầu thì tia laser sẽ có chuyển dịch về mức năng lượng (có sự thay đổi bước sóng). Sự chuyển dịch này trùng với hiệu năng lượng giữa các trạng thái năng lượng dao động đầu và cuối. Đây là tia “tán xạ không đàn hồi” và được gọi là tán xạ Raman. Chỉ có khoảng 1 trong số 106 – 108 các photon đi tới là cho tán xạ Raman. Vì thế,
các tia laser được sử dụng trong các phổ kế Raman. Khi sự thay đổi năng lượng của photon tán xạ nhỏ hơn photon tới, sự tán xạ được gọi là tán xạ Stokes. Một số phân tử có thể bắt đầu ở trạng thái kích thích rung động và khi chúng được chuyển sang trạng thái ảo năng lượng cao hơn, chúng có thể tự do đến trạng thái năng lượng cuối cùng thấp hơn trạng thái kích thích ban đầu. Sự tán xạ này được gọi là chống Stokes.