Теория комбинационного рассеяния света

В процессе рассеяния кванта света с энергией hv0 на молекуле, находящейся в переходном состоянии с энергией Е, молекула претерпевает двойной переход, поглощая и испуская фотон. При поглощении фотона энергия молекулы возрастает до уровня Е + hv0 и, если этот уровень энергии не окажется стационарным, молекула возвращается на какой-то другой уровень ЕI с испусканием кванта света. Если ЕI > E, то энергия фотона уменьшается до hv0 -(EI — Е), тогда как внутренняя энергия молекулы увеличивается на(EI - Е). Последний процесс возможен только в случае, когдапереходный энергетический уровень Е не соответствует основному энергетическому состоянию. Рассеянное излучение, возникающее при этом, отличается по частоте от возбуждающего, излучения. При ЕI > Е излучается стоксова, а при ЕI < Е — антистоксова компонента КР. На рис. 3 показана диаграмма энергетических уровней и переходов в молекуле при КР.

Законы КР следующие:

1) спутники сопровождают каждую линию первичного света:

2) различие Dv в частотах возбуждающей первичной линии v0 и линий каждого из спутников vI, vII, vIII… является характеристикой рассеивающего вещества и равно частотам собственных колебаний vi его молекул;

3) спутники представляют собой две системы линий, расположенных по обе стороны от возбуждающей линии;

4) с повышением температуры интенсивность «фиолетовых» спутников быстро возрастает.

Рис. 3. Диаграмма энергетических уровней и переходов в молекуле при рэлеевском и комбинационном рассеянии слота: — — реальные энергетические уровни; - - - виртуальные энергетические уровни.

Возможны также обероны, равные 2Dvi, 3Dvi, и т.д., а также составные колебания. На рис. 4 изображены сдвиги колебательно-вращательных линий КР типичных молекул, содержащихся в атмосфере, по отношению к линии возбуждающего излучения. На рисунке приведены также линии молекул азота, кислорода и водяных паров, присутствующих в атмосфере в больших количествах. Оценку абсолютной концентрации каждой молекулярной компоненты можно получить, сравнивая интенсивность КР «назад» от этой компоненты с интенсивностью сигнала на линии молекул N2, находящихся в том же объеме.

Рис. 4. Частотные сдвиги Q-ветвей колебательно-вращательных спектров КР относительно частоты возбуждающего лазерного излучения для молекул

Правила отбора переходов КР для двухатомных линейных молекул имеют вид Dv = 0, ± 1 и Dj = 0, ± 2, где v и j – колебательное и вращательное квантовое числа. Переходы с Dv = 0, Dj = ± 2 соответствуют вращательному спектру КР, переходы с v = ± 1 и Dj = ± 2 - колебательно-вращательному спектру КР, переходы с Dv = 0, Dj = 0 – рэлеевскому рассеянию.

Публикации по єкологии

Экологический мониторинг нефтяных загрязнений
Экологический мониторинг - система контроля антропогенных загрязнений окружающей среды. Природные экологические системы тесно взаимодействуют друг с другом. Это предопределяет сложность и необходимость учета различных природных и химических факторов при контроле качества окружа ...

Нравственный аспект взаимоотношений человека, общества и природы
Глобальные проблемы современности требуют немедленного переосмысления исторически сформировавшейся в человеческом сознании установки, направленной на потребительское, разрушающее и во многих случаях уничтожающее отношение человека к природе. В современном мире на фоне бездум ...

Разделы