Dispersión de Rayleigh forzada

La dispersión forzada de Rayleigh (FRS) es un método experimental en física y química basado en la dispersión de la luz y se utiliza habitualmente para medir la difusión en escalas de longitud de aproximadamente 10  μm. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Se han realizado muchos experimentos de FRS sobre difusión térmica y de masa en líquidos, y se ha medido la termoforesis ( efecto Soret ) en soluciones de polímeros. ^{[ 5 ]}

El método FRS emplea las franjas de interferencia de dos haces láser coherentes de "bombeo" absorbidos dentro de la muestra para crear una variación espacial sinusoidal en la temperatura y, si hay moléculas de colorante presentes, en la población de estados excitados de larga duración del colorante. Un tercer láser de "sonda" incide a una longitud de onda en la que el índice de refracción (complejo) n es diferente en las regiones claras y oscuras del patrón de interferencia, de modo que la variación periódica de n actúa como una red de difracción para el haz de sonda. Se utiliza un fotodetector para medir la luz difractada y, después de apagar los haces de bombeo, la señal detectada decae a una tasa exponencial proporcional al coeficiente o coeficientes de difusión correspondientes.

Los estudios de FRS sobre la difusión de masa molecular son algo más complejos que los estudios de difusión térmica o termoforesis, ya que los estados fundamental y excitado del colorante pueden tener coeficientes de difusión diferentes. ^{[ 6 ] [ 7 ]} En este caso, se presentan dos rejillas con una diferencia de fase de 180 grados: la rejilla del estado excitado y una rejilla complementaria del estado fundamental. La señal difractada es entonces una combinación de dos decaimientos exponenciales en lugar de uno. Si bien la determinación unívoca de los dos coeficientes de difusión por separado no es sencilla, el promedio de ambos coeficientes puede obtenerse a partir de la señal difractada sin dificultad. ^{[ 8 ] [ 9 ]}