물리화학 실험 라만 스펙트로스코피(Raman spectroscopy)

목차

1. 서론
2. 배경 이론
3. 실험 방법
4. 실험 결과
5. 논의
6. 과제
7. 결론
8. 참고 문헌

본문내용

1. 서론
본 실험에서는 Raman spectroscopy를 이용하여 1,2-dichloroethane (DCE)의 두가지 이형태체의 온도에 따른 비율과 에너지 차이를 예측하였다. 그 과정에서 vibrational spectroscopy 중 하나인 Raman spectroscopy의 원리를 이해하고 분석 과정을 알아보았다. 또한 보고된 문헌들과 비교하여 일치하는지 확인하였다.

2. 배경 이론
(1) Raman spectroscopy
빛과 물질 사이의 상호작용을 관찰하면 물질에 대한 여러 정보를 얻을 수 있다. 이를 분광학 (spectroscopy)이라고 하며 변화시키는 에너지 준위, 빛의 종류 등에 따라 다양한 종류가 존재한다. 이번 실험에서는 vibrational mode에 대한 정보를 얻을 수 있는 Raman spectroscopy를 사용하였다.
Vibrational state 간의 간격은 1000cm^(-1) 정도로 IR 영역이다. IR spectroscopy는 이처럼 그 간격만큼의 에너지를 흡수해서 생기는 스펙트럼을 관찰한다. 하지만 Raman spectroscopy는 이러한 빛의 흡수가 아닌 빛의 산란을 측정한다. 산란(scattering)은 물질이 빛과 상호작용하며 가상의 들뜬 상태(virtual state)가 되었다가 돌아오면서 발생한다.
이 때 원래의 에너지 준위로 돌아오면 elastic scattering인 Rayleigh scattering이라고 하고, 파장이 길어지면 Stokes scattering, 파장이 짧아지면 Anti-Stokes scattering이라고 한다.

참고 자료

Atkins, P. W.; De Paula, J. Atkins' physical chemistry. 9th ed. Oxford university press. 2010.
Vollhardt, K. P. C.; Schore, N. E. Organic chemistry. 6th ed. W. H. Freeman. 2011.
Mizushima, S.; Shimanouchi, T.; Harada, I.; Abe, Y.; Takeuchi, H. Infrared and Raman Spectra of 1,2-Dichloroethane and its Deuterium Compound in the Gaseous, Liquid, and Solid States, Can. J. Phys. 1975, 53, 2085.
Wladkowski, B. D.; Broadwater, S. J. Determination of the Rotameric Stability of 1,2-Dihaloethanes Using Infrared Spectroscopy. A Combined Experimental and Computational Project for the Physical Chemistry Laboratory, J. Chem. Educ., 2002, 79, 2, 230-233.
Ishii, K.; Kobayashi, Y.; Sakai, K.; Nakayama, H. Structural Relaxation in Amorphous 1,2-Dichloroethane Studied by Transformation between Conformation Isomers, The Journal of Physical Chemistry B, 2006, 110, 49, 24827-24833.
Milberg, M. E.; Lipscomb, W. N. The crystal structure of 1,2-dichloroethane at 50C, Acta Cryst., 1951, 4, 369-373
Ozora, A.; Nakagawa, T.; Ito, M. Low-Frequency Raman Spectra and Phase Transition of the 1,2-Dichloroethane Crystal, Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1972, 45, 1, 95-98.
Hashimoto, K.; Badarla, V. R.; Kawai, A.; Ideguchi, T. Complementary vibrational spectroscopy, Nature Communications, 2019, 10, 4411.
Masson, L. E.; O’Brien, C. M.; Pence, I. J.; Herington, J.; Reese, J.; van Leeuwen, T. G.; Mahadevan-Jansen, A. Dual excitation wavelength system for combined fingerprint and high wavenumber Raman spectroscopy. The Analyst, 2018, 143, 6049-6060.
Haka, A. S.; Volynskaya, Z. I.; Gardecki, J. A.; Nazemi, J.; Shenk, R.; Wang, N.; Dasari, R. R. D.; Fitzmaurice, M.; Feld, M. S. Diagnosing breast cancer using Raman spectroscopy: prospective analysis. J. of Biomedical Optics, 2009, 14, 5, 54023.
Qu, X.; Wu, D.; Mets, L; Scherer, N. F. Nanometer-localized multiple single-molecule fluorescence microscopy. PNAS, 2004, 101, 31, 11298-11303.
Stefan W. Hell. Nobel Lecture, NobelPrize.org. 2014.
Hla, S. W.; Rieder, K. H. STM Control of Chemical Reactions: Single-Molecule Synthesis. Annu. Rev. Phys. Chem. 2003, 54, 307-330.
Groos, L.; Mohn, F.; Moll, N.; Liljeroth, P.; Meyer, G. The Chemcal Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy. Science, 2009, 325, 5944, 1110-1114.