Fyzika Ramanova jevu

Ramanův efekt, změna vlnové délky světla, ke které dochází, když je světelný paprsek vychýlen molekulami. Když paprsek světla prochází průhledným vzorkem chemické sloučeniny bez prachu, objeví se malá část světla v jiných směrech, než je směr dopadajícího (příchozího) paprsku. Většina tohoto rozptýleného světla má nezměněnou vlnovou délku. Malá část má však odlišné vlnové délky než dopadající světlo; jeho přítomnost je výsledkem ramanského efektu.

Tento jev je pojmenován pro indického fyzika Sir Chandrasekhara Venkata Ramana, který poprvé publikoval pozorování účinku v roce 1928. (Rakouský fyzik Adolf Smekal teoreticky popsal účinek v roce 1923. Nejprve byl pozorován jen týden před Ramanem ruskými fyziky Leonidem Mandelstamem a Grigoryem Landsberg; své výsledky však nezveřejnili až měsíce po Ramanovi.)

Ramanův rozptyl je snad nejsnadněji pochopitelný, pokud je dopadající světlo považováno za složené z částic nebo fotonů (s energií úměrnou frekvenci), které zasáhnou molekuly vzorku. Většina setkání je elastická a fotony jsou rozptýleny s nezměněnou energií a frekvencí. V některých případech však molekula odebírá energii z fotonů, nebo je vzdává energii fotonům, které jsou takto rozptýleny se sníženou nebo zvýšenou energií, tedy s nižší nebo vyšší frekvencí. Frekvenční posuny jsou tedy měřítkem množství energie zapojené do přechodu mezi počátečním a konečným stavem rozptylové molekuly.

Ramanův efekt je slabý; pro kapalnou sloučeninu může být intenzita zasaženého světla pouze 1/1 000 tohoto dopadajícího paprsku. Vzorec Ramanových čar je charakteristický pro konkrétní molekulární druh a jeho intenzita je úměrná počtu rozptylových molekul v dráze světla. Ramanova spektra se tedy používají v kvalitativní a kvantitativní analýze.

Bylo zjištěno, že energie odpovídající Ramanovým frekvenčním posunům jsou energie spojené s přechody mezi různými rotačními a vibračními stavy rozptylové molekuly. Čisté rotační posuny jsou malé a obtížně pozorovatelné, s výjimkou jednoduchých plynných molekul. V kapalinách jsou rotační pohyby bráněny a diskrétní rotační ramanové linie nejsou nalezeny. Většina Ramanových prací se zabývá vibračními přechody, které dávají větší posuny pozorovatelné pro plyny, kapaliny a pevné látky. Plyny mají při běžných tlacích nízkou molekulární koncentraci, a proto vyvolávají velmi slabé Ramanovy účinky; kapaliny a pevné látky se tedy častěji studují.