Efeito Raman

O efeito Raman descreve o fenômeno de espalhamento inelástico da luz através da matéria. Foi predito teoricamente em 1923 por A. Smekal. No entanto, a observação e interpretação correta foi feita pela primeira vez por C. V. Raman e K.S. Krishnan também em 1923, na Índia. Independente e simultaneamente na Rússia, Grigory Landsberg e Leonid Mandelstam deram contribuições semelhantes, porém trabalhando com quartzo.

História

A dispersão Raman ou o efeito Raman é a dispersão inelástica dos fótons pela matéria, o que significa que há uma troca de energia e uma mudança na direção da luz. Normalmente, isso envolve a energia vibracional sendo obtida por uma molécula à medida que os fótons incidentes de um laser visível são deslocados para uma energia mais baixa. Isso é chamado de dispersão normal de Stokes Raman. O efeito é explorado por químicos e físicos para obter informações sobre materiais para uma variedade de propósitos, realizando várias formas de espectroscopia Raman. Muitas outras variantes da espectroscopia Raman permitem que a energia rotacional seja examinada (se forem usadas amostras de gás) e os níveis de energia eletrônica podem ser examinados se uma fonte de raios-X for usada além de outras possibilidades. São conhecidas técnicas mais complexas envolvendo lasers pulsados, múltiplos raios laser e assim por diante.

A luz tem uma certa probabilidade de ser espalhada por um material. Quando os fótons são dispersos, a maioria deles é elasticamente dispersa (espalhamento Rayleigh), de modo que os fótons dispersos têm a mesma energia (frequência, comprimento de onda e cor) que os fótons incidentes, mas com direção diferente. A dispersão de Rayleigh geralmente tem uma intensidade na faixa de 0,1% a 0,01% em relação à de uma fonte de radiação. Uma fração ainda menor dos fótons dispersos (aproximadamente 1 em 10 milhões) pode ser dispersada inelasticamente, com os fótons dispersos tendo uma energia diferente (geralmente menor) daquela dos fótons incidentes - esses são fótons dispersos Raman.[1] Por causa da conservação de energia, o material ganha ou perde energia no processo.

A dispersão de Rayleigh foi descoberta e explicada no século XIX. O efeito Raman mais fraco recebeu o nome do cientista indiano Chandrasekhara Venkata Raman, que o descobriu em 1928 com a ajuda de seu aluno K. S. Krishnan. Raman recebeu o prêmio Nobel de Física em 1930 por sua descoberta, embora Grigory Landsberg e Leonid Mandelstam observassem o efeito em cristais no mesmo ano que Raman. O efeito havia sido previsto teoricamente por Adolf Smekal em 1923.

Instrumentação

A espectroscopia Raman moderna quase sempre envolve o uso de lasers como fonte de luz. Como os lasers foram desenvolvidos cerca de três décadas após a descoberta do efeito, Raman e Krishnan usaram uma lâmpada de vapor de mercúrio e placas fotográficas para registrar espectros.[2] Os espectros iniciais demoravam horas ou até dias para serem registrados devido ao uso de fontes de luz fracas, baixa sensibilidade dos detectores e seções fracas de dispersão Raman da maioria dos materiais. Os detectores modernos mais comuns são dispositivos de carga acoplada (CCDs). Matrizes de fotodiodos e tubos fotomultiplicadores eram comuns antes da adoção dos CCDs.[3]

Aplicações

A espectroscopia Raman emprega o efeito Raman para análise de substâncias. O espectro da luz espalhada por Raman depende dos constituintes moleculares presentes e de seu estado, permitindo que o espectro seja usado para identificação e análise de materiais. A espectroscopia Raman é usada para analisar uma ampla gama de materiais, incluindo gases, líquidos e sólidos. Materiais altamente complexos, como, solos,[4] carvão (biochar),[5] organismos biológicos e tecido humano,[6] também podem ser analisados ​​por espectroscopia Raman.

Referências

  1. ↑ Harris, Daniel C.; Bertolucci, Michael D. (1989). Symmetry and spectroscopy: an introduction to vibrational and electronic spectroscopy (em inglês). New York: Dover. ISBN 978-0-486-66144-5. OCLC 20013337 
  2. ↑ Long, Derek A. (2002). The Raman Effect: A Unified Treatment of the Theory of Raman Scattering by Molecules (em inglês). New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-49028-9. doi:10.1002/0470845767 
  3. ↑ McCreery, Richard L. (2000). Raman spectroscopy for chemical analysis (em inglês). New York: John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-23187-5. OCLC 58463983 
  4. ↑ de Sousa, Daniel Vieira; Ker, João Carlos; Schaefer, Carlos Ernesto R.; Rodet, Maria Jacqueline; Guimarães, Luciano Moura; Felix, Jorlandio F. (dezembro de 2018). «Magnetite originating from bonfires in a Brazilian prehistoric Anthrosol: A micro-Raman approach». CATENA (em inglês): 552–564. doi:10.1016/j.catena.2018.07.036. Consultado em 18 de dezembro de 2020 
  5. ↑ Sousa, Daniel Vieira de; Guimarães, Luciano Moura; Félix, Jorlandio Francisco; Ker, João Carlos; Schaefer, Carlos Ernesto R. G.; Rodet, Maria Jacqueline (23 de março de 2020). Paz-Ferreiro, Jorge, ed. «Dynamic of the structural alteration of biochar in ancient Anthrosol over a long timescale by Raman spectroscopy». PLOS ONE (em inglês) (3): e0229447. ISSN 1932-6203. PMC 7089566Acessível livremente. PMID 32203557. doi:10.1371/journal.pone.0229447. Consultado em 18 de dezembro de 2020 
  6. ↑ Moskvitch, Katia (27 de setembro de 2010). «Painless laser device could spot early signs of disease» (em inglês). BBC News. Consultado em 28 de fevereiro de 2020 
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