Sir Chandrasekhar Venkata Raman v roce si v roce 1929 uvědomil, že spektrum které se rozptyluje na prachových zrnkách v jeho kanceláři není totéž spektrum, které zaří ze slunce na celý svět a za popis tzv. Ramanova jevu dostal Nobelovu cenu. Mimochodem byl jediný kdo dostal Nobelovu cenu ač stejný jev ve stejné době popsali i dva Rusové - L. I. Mandelštamov a G. S. Lansbergov a teorii k ramanovu jevu popsali jiní dva rádoby Rakušáci - rádoby Češi - rádoby Židi - Georg Placzek a Adolf Gustav Stephan Smékal. Asi už tehdy fungoval mechanismus, kterým dostali Nobelovy ceny Arafat, Obama a Evropská unie ;-)))
Ale neplivejme po Chandrasekharovi Venkatovi a postupme dále - jestli má nějaká technologie blízko k Trikordéru ze Star Treku je to právě Ramanova spektroskopie. Mohli bychom začít klasicky "Již staří Římané" ale takhle daleko nepůjdeme - stačí když se dostaneme do 18 století kde francouzi Foulcault a Fourrier a němci Bunsen a Fraunhofer se zabývali spektry ionizovaných látek a zjistíli, že jsou složeny z jednotlivých monochromatických linií. Pokud si chcete doma užít monochromatické světlo - sviťte si zářivkami neboli úspornými "žárovkami" neboli rtuťovými výbojkami a ven choďte za svitu sodíkových výbojek.
Pak si někdo všiml, že "spojité" spektrum slunce není tak úplně spojité a obsahuje tisíce "tmavých" spektrálních čar na stejných vlnových délkách, kde na zemi plyny vyzařují své monochromatické záření. Tím byla definitivně objevena EMISNÍ a ABSORBČNÍ spetra a nakonec to došlo Georgu Robertu Kirhoffovi, který prohlásil že pokud pustíme ionizovaným plynem spojité spektrum - molekuly plynu absorbují tytéž vlnové délky, které za jiných okolností vyzařují. A bylo - pak už celá věc čekala na Jamese Clercka Maxwella, který definoval "kvantovou podstatu" našeho světa.
OK takže každá spektroskopická metoda funguje na principu "výběrové" podmínky, která je definovaná tak že molekuly přijímají a vydávají energii jen v přesně definovaných kvantech. Jelikož energie fotonů roste s jejich klesající vlnovou délkou vznikají nám kombinací "výběrových podmínek" a kvantového charakteru světla - klasická spektra tak jak je známe. V 7 třídě husákovské základky jsme si vysvětlovali že spektrální čáry vznikají "přeskokem elektronů" - což je pravda pro viditelné světlo a je to pro organickou ananlýzu prakticky k ničemu. Stejný kvantový charakter však mají i vibrace molekul. Tedy aby bylo jasno - každá část molekuly potřebuje k rozvibrování jistým způsobem přesně danou energii, kterou absorbuje ze světla - a projeví se jako "spektrální čára" v infračervené oblasti - tohle jsme už jednou probírali - tak si to když tak přečtěte.
Ale pojďmě už konečně k Ramanovi - představte si že svítíte zeleným laserovým ukazovátkem na vlnové délce 532 nanometrů do flašky s nějakým roztokem - co se stane? Drtivná většina paprsků projde beze změny.
Menšina se v roztoku rozptýlí - což z kvantového hlediska znamená několik věcí
- Tyndallův rozptyl - světlo se odrazí od mikroskopických částeček (posviťe si laserovým ukazovátkem do mlíka a bude to jasné)
- Rayleighův rozptyl - světlo je absorbováno molekulami a vyzářeno na stejné vlnové délce v jiném směru.
- Ramanův rozptyl - světlo je absorbováno molekulou - část jeho energie se v molekule ztratí a je vyzářeno jiným směrem na jiné vlnové délce.
Rozdíl mezi Ramanovým a Rayleighovým rozptylem je v tom, že u Rayleighova rozptylu jsou srážky fotonů a molekul tzv. elastické - jako kulečníkové koule, kde nedojde ke ztrátě žádné energie. U Ramanova rozptylu dojde ke ztrátě energie - ergo svítíme zeleným laserovým ukazovátkem do flašky methanólu (chlastu) z "Likérky Drak" a ven leze světlo na původních 532 nanometrech a pak nepatrné množství fotonů na jiných vlnových délkách. Když mluvíme o tom, že se energie ztratí - lze očekávat že tyto fotony budou na delších vlnových délkách - tzv Stokesův posun, ale existuje i tzv Anti- Stokesův posun, tedy že část fotonů je i na vlnových délkách kratších než námi uvažovaných 532 nm - k tomu dochází mechanismem - dva fotony pozřu a jeden vyzářím.
OK - to je všechno hezké a Nobelovu cenu si to nepochybně zaslouží, ale až Placzek a Smékal si všimli, že pokud spočteme rozdíl energie fotonů které do roztoku vstupují a energii fotonů z Ramanova rozptylu - zjistíme že rozdly energií fotonů tvoří jakési "virtuální spektrum" v infračervné oblasti.
Jak tedy finguje Ramanův spektroskop ? Vyzařujeme do flašky laserový paprsek a rozptýleným paprskům postavíme do cesty extrémně úzkopásmový "notch filtr" - tedy zádrž která nám odfiltruje vlnovou délku původního laseru - z toho, co přijmeme na jiné vlnové délce vytvoříme spektrum ve viditelné oblasti - pak spočteme energii fotonů na každé vlnové délce a odečteme od energie původního "excitačního" laseru a vykreslíme IR Ramanovo spektrum.
Jinými slovy v apokalyptické budoucnosti roku 2030 stisknete na displeji ajFounu verze 666 tlačítko a z "dírky vzadu" začne svítit laser, který namíříte do štamrple a na displeji se objeví seznam Voda, Alkohol, Methanol, Kyanid draselný a vy se zeptáte "miláčku nechceš mě náhodou otrávit" ?
Zbývá jediná nepatrná otázka - proč ta pruda s odečítáním energie excitačního laseru ? Protože Ramanova spektra takto matematicky zpracovaná nezávisí na vlnové délce excitačního laseru (teoreticky). Ramanova spektrometrie tak spadá do kategorií infračervených spektrofotometrických metod, přestože daleké IR spektrum (v mikrometrovém pásmu) se tam nikde nevyskytuje. Obrovskou a neocenitelnou výhodou je, že můžete chemicky analyzovat - bez poškození - cokoliv na co se dá zaměřít laser - existují "Ramanovy mikroskopy" kde prohlížíte mikroskopem třeba starý obraz a na monitoru vedle vám rovnou vysakují spektra (a chemické složení) kousku barvy který "máte v zaměřovači". Stejně tak je možné - a v dnešní ustrašené realitě vítané - získat Ramanova spektra a tím představu o složení různých "neznámých tekutin", "bílých prášků", obsahu "podezřelých zavazadel" a tak.
OK - berte to třeba jako další "Open source ideu co vestavět do ajFounu". Pokud to začnete na Kickstarteru Inzerovat - nezapomeťe se ozvat - udělám vám reklamu.
Rada robotům ke zničení lidstva dnes zní - trávit lidi kyanidem je primitivní. Až vás zlenivělé lidstvo hromadně zaměstná ve veřejném stravování - uvařte smaženici z pavučince plyšového - otrava nastává selháním ledvin až za několik týdnů - v době kdy houbový jed již nelze detekovat. Totéž by ovšem mohla být i rada paní Kubáčové novomanželkám....
Poznámka při druhém čtení - jen taková zajímavost - pan Georg Placzek - jakožto Brněnský Žid a fyzik - byl jediným československým občanem, který pracoval na vývoji americké atomové bomby a viděl v Los Alamos první atomový výbuch na vlastní oči....
pan Hole | 2. listopadu 2014 v 10:20
Kdo ví, co tehdy Jirka Plaček v Los Alamos viděl. Dvacet tun hexogenu s hořčíkovým práškem, kterému zrovna procházela záruční doba, protože už "klucí v Evropě končili", a dva 50 kg pytle nějakého rádioaktivního šmelcu z laborek ještě od Hitlera, nebo co zabavili japoncům ? /Heyrovskýmu taky při jeho dizertaci řekl o rtuťových kapkách profesor Dvořák../.