라만 활성과 편극률

 

안녕하세요

 

지난 글에서 라만 분광법의 핵심인 라만 산란과 shift에 대해 알아봤는데요,

 

사실 모든 분자에서 라만 산란이 발생하지는 않습니다.

 

결론부터 말하면 편극률의 변화가 있는 분자를 라만 활성이라 하고

이러한 운동을하는 분자들에서만 라만 산란이 발생하는 것이죠

 

그래서 이번 글에서는 편극률의 변화가 라만 산란에 어떤 영향을 주는지 간단히 알아보겠습니다.

 

먼저, 전기장 E에 놓인 분자는 편극되면서 유도 쌍극자 P가 발생하고,

이 유도 쌍극자 P의 크기는 전기장과 분자의 편극률에 비례합니다.

 

빛은 전자기파로 진동하는 전기장과 자기장으로 구성되어있기 때문에

전기장을 아래와같이 쓸 수 있습니다.

 

또한, 편극률은 원자간 거리에 대한 함수로 테일러 급수를 통해 전개하고

i번째 진동 모드에 대한..(너무 복잡해서 이하 생략) 

 

 

아무튼.. 여기서 첫번째 항이 레일리 산란에 해당하고

두번째 항은 Stokes, 세번째 항은 Anti-Stokes에 해당합니다.

 

결국 정리된 식을 보면 편극률의 변화가 0이 아닐때만 Anti-Stokes와 Stokes항이 크기를 갖게되고

이러한 유도 쌍극자가 빛의 전기장과 상호작용하게되어 진동수를 변조시키는 것입니다.

 

편극률의 변화는 해당 분자가 어떤 진동운동을 하는지가 가장 중요한데,

진동 운동시 분자의 전자구름이 비대칭 신축운동을 하거나, 굽힘운동을 하는 경우에는

편극률의 변화가 없어 라만에 비활성인 것 입니다.

 

일반적으로 전자밀도가 낮을수록, 결합의 세기가 약할수록, 결합의 길이가 길수록

편극률이 증가하는 점 참고하시면 되겠습니다.

 

 

그래서 지난 글과 이번 글을 요약해보면,

1) 빛의 전기장이 분자내 전자들을 진동하게 하여 순간적인 편극이 발생한다(virtual state로의 전이)

2) 본래의 상태로 돌아가면서 에너지가 그대로 방출되면 레일리 산란이라 한다

3) 빛의 일부 에너지가 분자의 편극률 변화에 의해 진동수가 변화하는 것을 라만 산란이라 한다

4) 편극률의 변화가 있는 분자들을 라만 활성이라 한다

 

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