Ramanova spektroskopie

Ramanova spektroskopie je jednou z metod vibrační molekulové spektroskopie, která se používá k chemické identifikaci materiálů obsažených ve vzorku. Metoda využívá tzv. Ramanův jev, ke kterému dochází při interakci laserového paprsku s elektrony zkoumaného materiálu.

Laserový svazek může s elektrony interagovat v zásadě třemi základními způsoby:

1. Nejčastěji laser excituje elektron z jeho základního stavu do vyššího energetického stavu, kde setrvá velmi krátkou dobu a vrátí se zpět do základního stavu. Při přechodu z vyššího do nižšího energetického stavu dojde k vyzáření fotonu se stejnou vlnovou délkou, jako měl budící laser. Tento tzv. Rayleighův rozptyl nenese žádnou analytickou informaci o materiálu, protože při něm nedochází ke změně vlnové délky.
2. Pokud se elektron po excitaci vrátí na do vyšší energetické hladiny, než ze které byl vybuzen, dojde k vyzáření fotonu s delší vlnovou délkou než má budící laser. Tyto fotony se nazývají Stokesovy fotony a jejich vlnová délka přímo souvisí s materiálem, ve kterém byly vybuzeny.
3. Naopak pokud se elektron při přechodu dostane do nižší energetické hladiny, než ze které byl vybuzen, dojde k vyzáření fotonu s kratší vlnovou délkou. Takové fotony nazýváme Anti-Stokesovy a jejich vlnová délka také přímo souvisí s daným materiálem.

Ramanův jev pak souhrnně popisuje proces posunu vlnové délky rozptýleného záření od excitačního záření. Vzhledem k tomu, že každá látka vykazuje charakteristický posun vlnové délky, je možné tento jev využít k nedestruktivní identifikaci chemického složení vzorku.

Vzhledem k tomu, že přechod elektronu do jiné než základní hladiny je mnohem méně pravděpodobný, je zpravidla Ramanův signál mnohem slabší než neužitečný signál s Rayleigho rozptylu. I přesto je však možné s použitím špičkových notch filtrů  požadovaný signál dostatečně vyfiltrovat a zaznamenat chemickou mapu vzorku s rozlišením až 1nm.

Základní schéma Ramanovy spektroskopie je znázorněno na následujícím obrázku. Obecně musí sestava obsahovat vhodný excitační laser, ostřící a filtrační prvky, spektrometr a detektor. S rostoucímí nároky na rozlišení měření rostou nároky na monochromatičnost excitačního zdroje, přesnost použitého filtru, rozlišení spektroskopu a citlivost detektoru.