Ramaninteraktioner

Ramaninteraktioner avser de processer där ljus interagerar med materia så att fotoner byter energi med molekylära vibrationer — och i viss mån rotationer — i materialet. Den mest kända manifestationens form kallas Raman-spridning och är inelastisk, vilket ger upphov till ett spektrum av spritt ljus med olika energi jämfört med det inkommande ljuset.

Principen bygger på att molekylens polarisabilitet förändras under vibrationer. Endast vibrationala lägen med en kinestetisk förändring av polarisabiliteten (derivata av polarisibiliteten med avseende på normalvärdet ≠ 0) ger upphov till Raman-spridning. Fotoner som sprids med lägre energi än det inkommande kallas Stokes-spridning, medan fotoner som får högre energi kallas anti-Stokes-spridning.

Raman-spridning mäts som ett skifte i vågantal, Δν, vilket motsvarar energin hos den aktiva vibrationens tillstånd. Intensiteten beror på molekylens koncentration och hur starkt polarisabiliteten förändras under vibrationerna. Eftersom processen är relativt svag krävs känslig optik och ofta augmentation eller speciallösningar för praktisk användning.

Tekniker och tillvägagångssätt: Spontan Raman-spektroskopi används för identifiering och karakterisering av material. Förstärkta metoder inkluderar SERS (surface-enhanced Raman spectroscopy) som ökar signalen med hjälp av metalliska ytor eller nanopartiklar; CARS (coherent anti-Stokes Raman spectroscopy) och SRS (stimulated Raman scattering) som möjliggör snabb bildning och bättre signal- till-brusförhållanden. Resonans-Raman ökar signalen när excitationen närmar sig en elektronisk övergång, och TERS (tip-enhanced Raman spectroscopy) lokaliserar signaler med hög upplösning.

Användningsområden omfattar kemisk identifiering, materialforskning och biologi. Fördelarna inkluderar icke-destruktiv analys och möjlighet att studera prover i lösning eller i luft, medan begränsningar inkluderar bakgrundsflourescens, svaghet hos rå-signal och behov av noggrann kalibrering.