Raman-spektrometrin toimintaperiaate

Kun monokromaattista valoa, jonka taajuus on v0, säteilytetäännäytteelle, molekyylit voivat siroittaa tulevaa valoa. Suurin osa valosta muuttaa vain etenemissuuntaansa, mikä johtaa sirontaan, kun taas molekyylien läpi kulkevan valon taajuus pysyy samana kuin tulevan valon taajuus. Tässä tapauksessa tätä sirontaa kutsutaan Rayleigh-sironnaksi; On myös eräänlainen hajavalo, jonka osuus onnoin 10 ^ -6-10 ^ -10 hajavalon kokonaisvoimakkuudesta. Tämä sironnut valo ei vain muuta etenemissuuntaansa, vaan myös sen taajuus muuttuu, mikä tekee siitä erilaisen viritysvalon taajuudesta (tuleva valo). Siksi tätä hajavaloa kutsutaan Raman-sironnaksi. Raman-sironnassa valon sirontaa, jonka taajuus on pienempi suhteessa tulevaan valoon, kutsutaan Stokes-sironnaksi. Siksi päinvastaisessa tapauksessa sirontaa, jolla on lisääntynyt taajuus, kutsutaan anti-Stokes-sironnaksi. Stokes-sironta on yleensä paljon voimakkaampaa kuin anti-Stokes-sironta, ja Raman-spektrometrit mittaavat yleensä Stokes-sironta, joka tunnetaan myösnimellä Raman-sironta.

Sironneen valon ja tulevan valon välistä taajuuseroa v kutsutaan Raman-siirtymäksi, joka on riippumaton tulevan valon taajuudesta ja liittyy vain itse siroavan molekyylin rakenteeseen. Raman-sironta johtuu molekyylien polarisoituvuuden muutoksista (muutokset elektronipilvissä). Raman-siirtymä riippuu molekyylien värähtelyenergiatasojen muutoksesta. Eri kemiallisilla sidoksilla tai funktionaalisilla ryhmillä on ominaista molekyylivärähtelyä ja Δ E kuvastaa määritellyn energiatason muutosta. Siksi vastaava Raman-siirtymä on myös ominaista. Tämä on perusta molekyylirakenteen kvalitatiiviselle analyysille Raman-spektroskopiaa käyttäen.