La dispersión Raman o el denominado efecto Raman es una dispersión inelástica de un fotón. Cuando la luz es dispersada de un átomo o molécula, la mayoría de los fotones son dispersados elásticamente (dispersión de Rayleigh). Los fotones dispersados tienen la misma energía (frecuencia) y, por lo tanto, la misma longitud de onda que los fotones incidentes. Sin embargo, una pequeña fracción de la luz (aproximadamente 1 en 107 fotones) es dispersado ópticamente a frecuencias diferentes, mayormente inferiores, que la frecuencia de los fotones incidentes. En un gas, la dispersión Raman suele ocurrir por un cambio en los estados vibracionales, rotacionales o electrónicos de una molécula (véase nivel de energía).
En 1922 el físico indio Chandrasekhara Raman publicó su trabajo basado en la "Difracción molecular de la luz" siendo el primero de una serie de investigaciones con sus colaboradores hasta que el día 28 de febrero de 1928 se hizo el descubrimiento de la radiación poniéndole el nombre de dispersión Raman en su honor. El efecto Raman fue reportado inicialmente por C. V. Raman y K. S. Krishnan e independientemente por Grigory Landsberg y Leonid Mandelshtam en 1928. Raman recibió el Premio Nobel en 1930 gracias a su trabajo sobre la investigación realizada sobre el fenómeno de la dispersión de la luz. En 1998 el efecto Raman fue designado por la ACS National Historical Chemical Landmark en reconocimiento por su significancia como herramienta para el análisis de la composición de líquidos, gases, y sólidos.
La interacción de la luz con la materia en un régimen lineal permite simultáneamente la absorción y la emisión de luz que se ajusta a los niveles de energía ya definidos por los electrones. El efecto Raman corresponde en la teoría de perturbaciones de la mecánica cuántica a la absorción y consecuente emisión de un fotón mediante cambio de estado intermedio de un electrón, pasando por un estado virtual (véase también: diagrama de Feynman). Entonces existen las siguientes posibilidades:
Estas diferencias en la energía medida mediante la sustracción de la energía de un láser mono-energético de luz de fotones dispersados. Los valores absolutos, sin embargo, no dependen del proceso (bien sea dispersión Stokes o anti-Stokes), debido sólo a que la energía de diferentes niveles de vibración es de cierta importancia. Por lo tanto, el espectro Raman es simétrico respecto de la banda de Rayleigh. Además las intensidades de las bandas de Raman sólo dependen del número de moléculas que ocupan los diferentes estados vibracionales, cuando el proceso comienza. La distribución de Boltzmann condiciona el número de moléculas en los estados inferiores:
con los siguientes valores:
Por lo tanto el espectro de Stokes es más intenso que el espectro de anti-Stokes.
Una de las aplicaciones más conocidas es la espectroscopia Raman que emplea el efecto Raman para el análisis de los materiales. La frecuencia de la luz dispersada de una molécula se puede cambiar según las características estructurales de los enlaces moleculares. Se requiere para estos casos la iluminación de una fuente de luz monocromática (láser), y el espectrograma de la luz dispersada mostrará las desviaciones causadas por los cambios de estado en las moléculas.
La espectroscopia Raman también se emplea en aquellos problemas de determinación y diagnosis de procesos de combustión. Siendo considerado como una técnica no-intrusiva, para la detección de especies y distribución de temperatura dentro de los combustibles y en las llamas, sin perturbar el flujo principal durante el examen.
Los estados estimulados de Raman se emplean ampliamente en la determinación de los niveles de energía de los iones atrapados, haciendo la base de los estados qubits, en los iones atrapados en quantum computing.
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