КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА

КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА рассеяние
света веществом, сопровождающееся заметным изменением частоты рассеиваемого
света. Если источник испускает линейчатый спектр, то'при К. р. с. в спектре
рассеянного света обнаруживаются дополнительные линии, число и расположение
к-рых тесно связаны с молекулярным строением вещества. К. р. с. открыто
в 1928 сов. физиками Г. С. Ландсбергом и Л. И.
Мандельштамом
при
исследовании рассеяния света в кристаллах и одновременно инд. физиками
Ч. В. Романом и К. С. Кришнаном при исследовании рассеяния света
в жидкостях (в зарубежной лит-ре К. р. с. часто наз. эффектом Р а м а н
а). При К. р. с. преобразование первичного светового потока сопровождается
обычно переходом рассеивающих молекул на др.

колебательные и вращательные уровни
(см. Молекулярные спектры), причём частоты новых линий в спектре
рассеяния являются комбинациями частоты падающего света и частот колебательных
и вращательных переходов рассеивающих молекул - отсюда и назв. "К. р. с.".

Для наблюдения спектров К. р. с,
необходимо сконцентрировать интенсивный пучок света на изучаемом объекте.
В качестве источника возбуждающего света чаще всего применяют ртутную лампу,
а с 60-х гг. - лазерный луч. Рассеянный свет фокусируется и попадает в
спектрограф, где спектр К. р. с. регистрируется фотографич. (рис. 1)
или
фотоэлектрич. методами.

Рис. 1. Спектр комбинационного
рассеяния света на вращательных уровнях молекул газа Nвозбуждении их ртутной линией с длиной волны 2536,5 А.

Рис. 2 Схема стоксовых (с частотами
v-vv-vv-v(v+vрассеянии света с частотой V.

К. р. с. наиболее часто связано с
изменением колебательных состояний молекул. Такой спектр К. р. с. состоит
из системы спутников, расположенных симметрично относительно возбуждающей
линии с частотой v (рис. 2). Каждому спутнику с частотой v-v(красный, или с т о к с о в, спутник) соответствует спутник с частотой
v + v). Здесь
v. Т.
о.,
измеряя частоты линий К. р. с., можно определять частоты собственных (или
нормальных) колебаний молекулы, проявляющихся в спектре К. р. с.
Аналогичные закономерности имеют место и для вращательного спектра К. р.
с. В этом случае частоты линий определяются вращательными переходами молекул.
В простейшем случае вращательный спектр К. р. с. - последовательность почти
равноотстоящих симметрично расположенных линий, частоты к-рых являются
комбинациями вращательных частот молекул и частоты возбуждающего света
(рис. 1).

Согласно квантовой теории, процесс
К. р. с. состоит из двух связанных между собой актов - поглощения
первичного фотона с энергией hv (h - Планка постоянная) и испускания
фотона с энергией hv' (где v' = v ± v)) происходящих
в результате взаимодействия электронов молекулы с полем падающей световой
волны. Молекула, находящаяся в невозбуждённом состоянии, под действием
кванта с энергией hv через промежуточное электронное состояние,
испуская квант h (v-v). переходит в состояние
с колебательной энергией hvЭтот процесс приводит к
появлению в рассеянном свете стрксовой линии с частотой v-vt (рис.
3, а). Если фотон поглощается системой, в к-рой уже возбуждены колебания,
то после рассеяния она может перейти в нулевое состояние; при этом энергия
рассеянного фотона превышает энергию поглощённого. Этот процесс приводит
к появлению антистоксовой линии с частотой v+vj (рис. 3, б).

Рис. 3. Схемы стоксова (и) и антистоксова
(б) переходов при комбинационном рассеянии света. О - основной уровень,
hvt
- колебательный уровень, hvпромежуточный электронный
уровень молекулы.

Вероятность w К. р. с. (а
следовательно, интенсивность линий К. р. с.) зависит от интенсивностей
возбуждающего /1 излучения: w- al(b+J), где а и Ь - нек-рые постоянные; при возбуждении
К. р. с. обычными источниками света (напр., ртутной лампой) второй
член мал и им можно пренебречь. Интенсивность линий К. р. с. в большинстве
случаев весьма мала, причём при обычных темп-pax интенсивность антистоксовых
линий /линий /ст. Поскольку вероятность рассеяния пропорциональна числу рассеивающих
молекул, то отношение /астДст определяется отношением населённостей основного
и возбуждённого уровней (см. Населённость уровня). При обычных темп-pax
населённость возбуждённых уровней невелика и, следовательно, интенсивность
антистоксовой компоненты мала. С повышением темп-ры их населённость возрастает
(см. Болъцмана статистика), что приводит к увеличению интенсивности
антистоксовых линий. Интенсивность линий К. р. с. / зависит от частоты
v возбуждающего света: на больших расстояниях (в шкале частот) от
области электронного поглощения молекул 7