Historique et principe du Raman

  1. Sir Chandrashekhara Venkata Râman
  2. La diffusion de la lumière - La diffusion Raman​
  3. Niveaux électroniques / Niveaux de vibration
  4. Principales informations d'une raie Raman
  5. Le spectre Raman : une échelle relative dans une échelle absolue
  6. La diffusion Raman sur le Campus de Beaulieu

Sir Chandrashekhara Venkata Râman

De la Spectrométrie à l'Imagerie Raman

Sir Chandrashekhara Venkata Râman
Principales dates :

7 novembre 1888 - Naissance à Tiruchirapalli, au Tamil Naidu (Inde)
28 février 1928 - Découverte de l'effet Râman
1930 - Prix nobel de Physique
1949 - Fondation du Râman Research Institute
1954 - Reçoit le Bharat Ratna
1957 - Reçoit le prix Lénine pour la paix
21 novembre 1970 - Décès à Bangalore, au Karnataka (Inde)

Timbre indien à l'effigie de C. V. Râman
Premiers spectres obtenus par C. V. Râman et K. S. Krishnan en mars 1928 - Observation de la modification des lignes due à l'effet Raman. Spectre de la lumière incidente après passage par un filtre bleu (gauche) et après diffusion par le benzène liquide (droite).
Spectrograhpe Raman - Indian Association for the Cultivation of Science, Jadavpur Kolkata

C.V. Râman and K.S. Krishnan, A New Type of Secondary Radiation, Nature 121, pages 501–502 (1928)
https://doi.org/10.1038/121501c0
C. V. Râman, A Change of Wave-length in Light Scattering, Nature 121, page 619 (1928)
https://doi.org/10.1038/121619b0
C.V. Râman and K.S. Krishnan, The Optical Properties of the Compton Effect, Nature 121, pages 697-736 (1928)

La diffusion de la lumière - La diffusion Raman​

La diffusion Raman est une composante de la diffusion inélastique des photons​ par les molécules​.

Diffusion élastique (en vert) et inélastique (en rouge) de la lumière laser
Etats électroniques fondamentaux
Diffusion Rayleigh : diffusion élastique​

hvdif = hv0​

Diffusion inélastique de la lumière ​

Processus « Stokes » : création de phonons​
hvdif = hv0 - hvph

Processus « Anti-Stokes » : annihilation de phonons​
hvdif = hv0 + hvph​

Déplacement Raman (cm-1)
Rapport des intensités Stokes et anti-Stokes

Niveaux électroniques / Niveaux de vibration

Principe des transitions de la fluorescence, de la diffusion Rayleigh et de la diffusion Raman
Temps caractéristiques :

  • Luminescence : fluorescence (temps courts = ns) ou phosphorescence (temps longs >= µs)
  • Raman <= ps

(extrait des « techniques de l’ingénieur » – Barbillat et al., 1999)

Principales informations d'une raie Raman

Le but ?

Obtenir le spectre de Raman vibrationnel atomique et moléculaire qui donne des informations sur les liaisons chimiques : fréquences / constantes de masse + force.

Masse :
- composition chimique.

Constantes de force :
- structure (moléculaire, réseau cristallin),
- stress.

Le spectre Raman est utile pour connaître la composition chimique, le contrôle des réactions, les informations sur la structure, les changements structurels sous pression, la température ou les paramètres externes (transitions de phase, ...), l'étude des contraintes, ...

Le spectre Raman peut être sensible aux excitations électriques (couplage électron-phonon, ...) ou magnétiques, ...

Informations d'une raie Raman - Techniques de l’ingénieur - Ph. Colomban, 2002
Spectre Raman de l'acétone
Applications :

La microspectroscopie Raman est capable d'«imager» les contraintes mécaniques in situ à partir des propriétés physiques / chimiques des matériaux ou des systèmes hétérogènes.
 

Le spectre Raman : une échelle relative dans une échelle absolue

Pourquoi différentes sources laser ?

  • Afin d’éviter la fluorescence un échauffement lié à la focalisation du faisceau laser, des effets de photo-sensibilité / photo-induits.
  • Afin d’optimiser la profondeur de pénétration lors de mesures axiales.
  • Pour optimiser le rendement lors de mesures en configuration de « résonance ».
  • Permettre ainsi d’opter pour le signal Anti-Stokes lors de mesures à très hautes températures et éviter les contributions « émission du corps noir » de l’échantillon, du four.
Illustration d'un déplacement Raman de 3000 cm-1 pour 3 différentes raies laser (785 nm, 633 nm, 488 nm) - Comparaison de ce déplacement relatif par rapport aux échelles absolus de nombre d'ondes, de fréquence, de longueur d'onde et d'énergie.

La diffusion Raman sur le Campus de Beaulieu

La diffusion Raman : un peu de chronologie dans les évolutions technologiques
SOURCES – ECHANTILLON ET SON ENVIRONNEMENT – ANALYSE DETECTION
Evolution of Instrumentation for Detection of the Raman Effect as Driven by Available Technologies and by Developing Applications
Fran Adar, Ph.D. - Jobin Yvon Horiba, Pr Michel Delhaye - Technical University of Lille, Edouard DaSilva, Ph.D. - Jobin Yvon Horiba
Waters Symposium, Pittcon 2003