آشنایی با طیف‌سنجی رامان و تفسیر طیف رامان

تفسیر طیف رامان به منظور شناسایی مواد شیمیایی و به دست آوردن اطلاعات ساختاری درباره آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. پراکندگی رامان ناشی از برهمکنش نور با ارتعاشات مولکولی است. این ارتعاشات مولکولی به تغییرات ایجاد شده در ساختار و ماهیت ماده بسیار حساس هستند. بنابراین با استفاده از اسپکتروسکوپی رامان تفاوتهای ظریف در محیط مولکولی را شناسایی کرد. به طور کلی تمام ترکیبات به غیر از فلزات خالص طیف رامان تولید می‌کنند. از این رو طیف سنجی رامان یکی از متداول ترین روشهایی است که پژوهشگران و متخصصین رشته های مختلف برای شناسایی ترکیبات شیمیایی مختلف مورد استفاده قرار می‌دهند.

خدمات تفسیر طیف رامان

• ما داده‌های آنالیز رامان شما را بررسی و تفسیر می کنیم.
• تفسیر طیف رامان با نگارش فارسی و انگلیسی انجام می‌شود.
• تفسیر طیف رامان همراه با ارائه رفرنس و مراجع معتبر تحویل داده می‌شود.

مشاوره رایگان و ثبت سفارش

عملکرد طیف‌سنجی رامان چگونه است؟

اسپکتروسکوپی مطالعه تعاملات بین نور و ماده است. انواع مختلفی از اسپکتروسکوپی وجود دارند که معمولاً بر اساس منبع نور مورد استفاده و یا چگونگی برهمکنش نور-ماده در آنها نامگذاری می‌شوند. از متداول ترین روشهای اسپکتروسکوپی می توان به طیف سنجی FT-IR و طیف سنجی رامان (Raman) اشاره کرد. عملکرد طیف سنجی رامان بر اساس پراکندگی نور غیرالاستیک در یک ماده است که در آن انرژی نور ورودی به ارتعاشات مولکولی منتقل شده و نور پراکنده شده توسط اسپکترومتر رامان اندازه گیری می‌شود. درک اسپکتروسکوپی رامان نیازمند آشنایی با ویژگی‌های نور است که در ادامه به آن می‌پردازیم.

ویژگی‌های نور

نور یک شکلی از تابش الکترومغناطیسی است که همزمان دارای خاصیت موج و ذره‌ای است. امواج نور به صورت ریاضی توسط یک تابع کوسینوسی توصیف می‌شوند و فاصله بین دو قله یا چاه موج متوالی به عنوان طول موج (Wavelength) و ارتفاع موج‌ها بالای خط پایه به عنوان شدت موج (Amplitude) شناخته می‌شود.

تابش الکترومغناطیس در فضا منتشر می‌شود و دارای مقدار معینی از انرژی الکترومغناطیسی است. این انرژی با فرکانس نوسان ν متناسب است که با طول موج λ از طریق سرعت نور c ارتباط دارد:

بنابراین، هر چقدر موج یا فوتون نوری فرکانس بزرگتر یا طول موج کوچکتری داشته باشد، حامل انرژی (E) بیشتری است:

به دلایل تاریخی، استفاده از عدد موجی به منظور بررسی خواص نوری نسبت به طول موج و فرکانس متداول تر است. عدد موجی (Wavenumber) به عنوان معکوس طول موج تعریف می‌شود و به طور مستقیم با انرژی فوتون متناسب است و معمولاً با واحد cm^-1 بیان می‌شود تا تبدیل به اعدادی آسان برای خواندن شوند.

در نظر داشته باشید که توضیحات فوق برای یک موج نور یا فوتون معتبر است و یک پرتو نوری شامل موج‌های نوری با فرکانس‌های مختلف است که در یک جهت حرکت می‌کنند و هر فرکانس متعلق به پرتو نوری با شدت نوری I است. در نهایت شدت یک پرتو نوری مقداری است که با آشکارساز یک اسپکترومتر اندازه‌گیری می‌شود.

توزیع شدت فرکانس‌ها برای پرتو نوری به نام طیف الکترومغناطیسی شناخته می‌شود و تنها یک بخش کوچک از فرکانس‌های نوری توسط چشم انسان قابل مشاهده هستند”نور مرئی”). مناطق طیفی دیگر شامل مایکروویو، فروسرخ، فرابنفش (UV)، یا پرتو رنتگن (اشعه ایکس) می‌باشند . در اسپکتروسکوپی رامان، نور مرئی یا نور فروسرخ (IR) برای برانگیختگی استفاده می‌شود.

مهم‌ترین پارامترهای فیزیکی و معادلات مربوط به آن‌ها که برای طیف‌سنجی رامان مهم هستند، در جدول زیر خلاصه شده است.

تعاملات نور-ماده در رامان

وقتی یک پرتو نور به ماده برخورد می‌کند، با توجه به چگونگی تعامل بین امواج نوری و اتم‌ها و مولکول‌های تشکیل دهنده ماده، با آن برهمکنش خواهد داشت. این تعامل ممکن است انرژی ماده و نور را تغییر ندهد (مانند شکست، انعکاس، پراکندگی الاستیک) یا منجر به تبادل انرژی بین آنها گردد. فرآیندهای استفاده شده در طیف‌سنجی رامان به منظور شناسایی ترکیبات به دسته‌ی دوم تعلق دارند.

انتقال انرژی از نور به ماده منجر به برانگیختگی می‌شود. در بخش زیر فرآیندهای برانگیختگی مهمی که برای درک طیف‌سنجی رامان ضروری هستند، شرح داده می‌شوند که شامل جذب (absorption)، فلورسانس (fluorescence) و پراکندگی (scattering) هستند.

جذب (Absorption)

در فرآیند جذب، انرژی نور در برخی از قسمت‌های طیف الکترومغناطیس به ماده منتقل می‌شود. این به معنای این است که برخی امواج نوری بدون تغییر از ماده عبور می‌کنند (transmission) و برخی از فرکانسهای نور توسط نمونه جذب می‌شوند (شکل ۳).

فلورسانس (Fluorescence)

ماده می‌تواند نوری که جذب کرده است را دوباره از طریق یک فرایند دیگر به نام فلورسانس بازتاب دهد. نوری که انتشار می‌یابد دارای طول موج متفاوت و بلندتر از نور ابتدایی جذب شده است است، که منجر به تقویت شدت برخی از طول موج‌های نور می‌شود. فلورسانس یک فرآیند بسیار رایج برای نمونه‌های رنگی و بیومولکول‌های بزرگ است.

به عنوان مثال در شکل زیر، نور سبز پس از برخورد به ماده جذب می‌شود (شدت آن کاهش می یابد) و در طول موج‌های بلندتر دوباره انتشار می‌یابد (این امرموجب افزایش شدت یا حتی اضافه شدن رنگ‌های جدید می‌شود). (شکل ۴)

پراکندگی (Scattering)

وقتی یک منبع نور شدید (مانند یک لیزر) به یک نمونه برخورد می‌کند، بخشی از نور به جهات مختلف پراکنده می‌شود. اکثر مواقع نور پراکنده شده دارای همان طول موج نور ورودی است (پراکندگی الاستیک). به همین دلیل چشم انسان قادر به دیدن نقطه‌ مورد اشاره توسط لیزر روی دیوار یا میز است.

با این حال، قسمت کوچکی از نور پراکنده شده با ماده‌ای که به آن برخورد می‌کند تعامل دارد به گونه‌ای که مقادیر کوچکی از انرژی مبادله می‌شود که به آن پراکندگی غیرالاستیک گفته می‌شود. در این فرآیند تغییر در انرژی نور پراکنده منجر به تغییر فرکانس و طول موج می‌شود.

اساس میکروسکوپی رامان یک برانگیختگی یا آسایش در ارتعاشات مولکولی ماده است. ویژگی‌های این ارتعاشات منجر به تعیین طول موج نور پراکنده غیرالاستیک می‌شوند. از اندازه‌گیری توزیع شدت نور پراکنده (طیف رامان)، امکان استنباط اطلاعاتی درباره ساختار ارتعاشی ماده وجود دارد. از این رو، طیف‌سنجی رامان در گروه طیف‌سنجی‌های ارتعاشی طبقه بندی می‌شود.

پراکندگی رامان

بیشتر نور زردی که به ماده برخورد می‌کند، به صورت الاستیک در تمام جهات پراکنده می‌شود و مقادیر کمی از نور که معمولاً با طول موج بالاتر (نارنجی، قرمز) هستند که پس از برهمکنش با مولکول‌های نمونه به صورت غیر الاستیک پراکنده می‌شوند. (شکل 5)

هر یک از این فرآیندها می‌توانند برای استخراج اطلاعات درباره ماهیت شیمیایی و فیزیکی نمونه بهره مورد استفاده قرار گیرند. نوع و میزان ویژگی‌های مولکولی قابل استنتاج وابسته به نوع اسپکتروسکوپی مورد استفاده است. از اصلی‌ترین اسپکتروسکوپی‌های ارتعاشی اسپکتروسکوپی فروسرخ (IR) و اسپکتروسکوپی رامان هستند. در اسپکتروسکوپی رامان از اثر رامان برای بررسی و شناسایی مواد استفاده می‌شود که در ادامه توضیح داده شده است.

تئوری پراکندی رامان “اثر رامان”

عملکرد اسپکتروسکوپی رامان بر اساس ارتعاشات مولکولها یا کریستالهای تت آنالیز است. وقتی که نوری به نمونه برخورد می‌کند، مقداری از آن پراکنده می‌شود. نور پراکنده شده هم شامل نورهایی با فرکانس برابر با نور ورودی (امواج پراکنده شده رایلی) و هم امواج نوری متفاوت با نور ورودی است (نور پراکنده شده رامان). در اسپکتروسکوپی رامان خواص نور انعکاس یافته بررسی شده و به منظور شناسایی ساختار مولکولی یا کریستالی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تکنیک برای آنالیز بیشتر ترکیبات از جمله ترکیبات معدنی، مواد آلی ، جامدات، مایعات، گازها و … مناسب است.

به طور کلی سه فرایند پراکندگی وجود دارد که برای طیف‌سنجی رامان و تکنیک‌های تصویربرداری رامان حائز اهمیت هستند که در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرند:

پراکندگی رامان آنتی-استوکس

پراکندگی رامان آنتی-استوکس یک فرآیند پراکندگی غیرالاستیک است که در آن مقدار مشخصی انرژی از ارتعاش مولکولی به فوتون منتقل می‌شود. در نتیجه فوتون پراکنده شده دارای انرژی بیشتری بوده و طول موج کمتری نسبت به فوتون ورودی دارد. احتمال رخداد این فرآیند نسبت به پراکندگی استوکس کمتر است و به همین علت معمولاً در طیف‌سنجی رامان استفاده نمی‌شود. در اکثر مواقع اطلاعات استخراج شده از نور پراکنده ضد-استوکس معادل اطلاعات استخراج شده از نور پراکنده استوکس است، و تنها در برخی کاربردهای بسیار تخصصی نیازمند اندازه‌گیری هر دو فرآیند پراکندگی استوکس و ضد استوکس است.

پراکندگی رامان استوکس

پراکندگی رامان استوکس از نوع فرایند پراکندگی غیرالاستیک است که در آن انرژی از فوتون نوری به یک ارتعاش مولکول منتقل می‌شود. بنابراین، فوتون پراکنده شده دارای انرژی کمتری بوده و طول موج بالاتری نسبت به فوتون برخوردی دارد. مقدار انرژی منتقل شده از فوتون دلخواه نیست و دقیقاً بایستی برابر مقدار مورد نیاز برای برانگیختکی یکی از ارتعاشات مولکولی باشد. بنابراین می توان گفت که ترکیب نور پراکنده شده وابسته به نوع مولکول است و مانند اثر انگشت برای هر مولکول است. پراکندگی استوکس فرایندی است که بیشترین استفاده را برای به دست آوردن طیف رامان دارد. با این حال، این فرایند نسبت به پراکندگی رایلی احتمال وقوع کمتری دارد، که باعث مشکلات در تشخیص آن نیز می‌شود.

پراکندگی رایلی

پراکندگی رایلی، اصطلاحی است که برای پراکندگی الاستیک نور توسط مولکول‌ها استفاده می‌شود و فرایندی بسیار غالب است. این برهمکنش تغییری در انرژی مولکول ایجاد نمی کند و فوتون پراکنده کننده دارای همان رنگ و طول موج فوتون ورودی است. در یک طیف‌سنج رامان، نور پراکنده رایلی بایستی از نور جمع‌آوری شده حذف شود، در غیر اینصورت سیگنال‌های رامان را مبهم می‌کند.

پراکندگی بریلوئین و پراکندگی کامپتون

در نظر داشته باشید که علاوه بر پراکندگی رامان، پراکندگی های غیر الاستیک دیگری نیز وجود دارند که از جمله آنها می‌توان به پراکندگی بریلوئین (Brillouin) و پراکندگی کامپتون (compton) اشاره کرد. پراکندگی بریلوئین توسط امواج صوتی در بلورها ایجاد می‌شود. ایجاد پراکندگی کامپتون هم توسط ذرات باردار ایجاد می‌شود. به خاطر داشته باشید که عامل پراکندگی رامان فونون‌ها یا شبه ذرات هستند.

ما روی داده های شما کار می کنیم تا اطلاعات مفید را استخراج و تفسیر کنیم!

چرا ما را انتخاب کنید؟

پشتیبانی 24 ساعته در 7 روز هفته

تجزیه و تحلیل دقیق توسط متخصصین

تضمین کیفیت و رضایت

بازبینی رایگان پس از تکمیل سفارشات

قیمت مناسب

طیف‌سنجی ارتعاشی – تفسیر طیف رامان

همه اسپکتروسکوپی‌های ارتعاشات مولکولی را تشخیص می‌دهند و به مقدار کمتری نیز قادر به شناسایی چرخش‌های مولکولی هستند. اساس ارتعاش‌های مولکولی، حرکات اتم‌های منفرد یک مولکول نسبت به یکدیگر است. نیروهایی که مولکول را کنار هم نگه می‌دارند، مانند فنرهای کوچکی هستند که اتم‌ها را به هم متصل می‌کنند.

نحوه ارتعاش یک مولکول دو اتمی

مجموعه ارتعاشات مولکولی بسیار وابسته به ساختار دقیق مولکول است و بنابراین هر مولکول دارای یک طیف ارتعاشی منحصر به فرد است. این ویژگی باعث می‌شود که طیف‌سنجی ارتعاشی یک ابزار ایده‌آل برای شناسایی مواد باشد. در واقع، طیف ارتعاشی به اندازه‌ای منحصر به فرد است که اغلب به عنوان “اثر انگشت شیمیایی” مولکول اشاره می‌شود.

چه زمانی یک مولکول در رامان فعال است؟

طیف‌سنجی رامان قادر به تشخیص تغییرات در قطبش پذیری یک مولکول است. بنابراین، فقط ارتعاشاتی را تشخیص می‌دهد که در طول حرکت قطبش پذیری آنها تغییر می‌کنند (این ارتعاشات در رامان-فعال هستند). قطبش پذیری نشان دهنده میزان انحراف ابر الکترونی در اطراف یک مولکول است. یکی از دلایل تغییر قطبیت، افزایش اندازه ابر الکترونی است. به عنوان مثال، یکی از حرکات ارتعاشی که اندازه ابر الکترونی یک مولکول را افزایش می‌دهد، ارتعاش کششی همسان است.

ارتعاش کششی متقارن دی اکسید کربن (CO₂) اندازه ابر الکترونی را افزایش می‌دهد و یک ارتعاش فعال در رامان است.

تکنولوژی اسپکترومترهای رامان

اثر رامان نسبت به سایر فرایندهای برهمکنش نوری مانند جذب، فلورسانس یا پراکندگی نور الاستیک بسیار ضعیف است. بنابراین اسپکترومترهای رامان از یک شدت نور بالا استفاده می‌کنند تا از نمونه سیگنال رامان تولید کنند. به طور کلی یک اسپکترومتر رامان شامل یک منبع نوری، نمونه، یک عامل پراکندگی و یک دتکتور است.

اسپکترومترهای رامان شامل یک لیزر به عنوان منبع نور با طول موجی در محدوده مرئی تا نزدیک مادون قرمز (۴۰۰ نانومتر تا ۱۱۰۰ نانومتر) هستند. این طول‌ موج‌های تک‌رنگ، هماهنگ و با شدت بالا می‌باشند. پس از تعامل نور ورودی با نمونه، نور در تمام جهات پراکنده می‌شود و سپس قسمتی از نور پراکنده به سمت منشور هدایت می‌شوند و طول‌های موج مختلف جدا می‌شوند. در نهایت دتکتور سیگنال‌های طول‌های موج با شدت مختلف را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند و در نهایت نتیجه اندازه‌گیری به عنوان یک طیف رامان شناخته می‌شود.

انتخاب لیزر مناسب در طیف سنجی رامان

انتخاب لیزر مناسب در طیف سنجی رامان به منظور دستیابی به طیف رامان مناسب و تفسیر صحیح رامان بسیار حائز اهمیت است. در جدول زیر زول موجهای متداول مورد استفاده در طیف سنجی رامان و توضیحات مربوط به هر کدام آورده شده است. معمولا برای ترکیبات معدنی که اثر فلورسانس در آنها مشاهده نمی‌شود، لیزر با طول موج 532nm مورد استفاده قرار می‎‌گیرد و برای ترکیبات دارای اثر فلورسانس استفاده از لیزر با طول موج 1064nm ارجحیت دارد.

نمایش طیف‌های رامان

معمولاً طیف‌های رامان به صورت نمودار “نرخ شمارش” (Count Rate) در برابر “جا به جایی رامان” (Raman Shift) نمایش داده می‌شوند. جابه جایی رامان در واقع تفاوت انرژی بین نور ورودی (لیزر) و نور پراکنده شده و یا شناسایی شده است. این تفاوت تنها به ویژگی‌های انرژی‌ و ارتعاشات مولکولی مورد مطالعه وابسته بوده و مستقل از طول موج لیزر است. جابه جایی رامان معمولاً با واحد Wavenumber بیان می‌شود. نرخ شمارش رامان نیز تعداد دفعاتی است که دتکتور برای هر جابجایی رامان در هر ثانیه ثبت می‌کند. نرخ شمارش به شدت نور رسیده به دتکتور وابسته است.

اطلاعات حاصل از طیف رامان

اطلاعات حاصل از اسپکتروسکوپی رامان در 4 دسته طبقه بندی می‌شوند.

• جابجایی‌های رامان: جابه جایی های رامان که ناشی از ارتعاشات مولکولی نمونه هستند، اطلاعات اولیه درباره مولکول یا کریستال نمونه را فراهم می‌کنند.
• شدت پیک رامان: نشان دهنده غلظت هر نمونه است و می‌توان از آن برای بررسی تقارن و جهت گیری مولکولی استفاده کرد. در نظر داشته باشید. البته انالیز کمی با این روش به سادگی نبوده و نیازمند استفاده از استاندارد داخلی و خارجی است. در نظر داشته باشید که فقط شدت باندهای استوک در بررسی رامان مورد استفاده قرار می‌گیرند و باندهای آنتی استوک در طیف سنجی رامان بررسی نمی‌شوند مگر در مواردی که تداخل فلورنس وجود داشته باشد که در این صورت استفاده از طیف رامان آنتی استوک ترجیح داده می‌شود.
• پهنا در میانه پیک: با بررسی شکل پیک و اندازه گیری پهنا در میانه پیک و همچنین تقارن پیک می‌توان به اطلاعاتی درباره آمورف یا کریستالی بودن نمونه و همچنین وجود نانوساختارها و حضور نقص ها و عیوب ساختاری دست یافت.
• اختلاف پیکهای رامان: با بررسی اختلاف جابجایی پیکها می‌توان برهمکنش‌های بین مولکولی و تغییرات ایجاد شده در ساختار مولکولی را مورد بررسی قرار داد.

به عنوان مثال این موارد در طیف رامان مربوط به حالتهای مختلف آب در شکل زیر قابل بررسی هستند. همانطوری که مشاهده می‌شود، سیگنال رامان مربوط به بخار آب به صورت یک پیک شارپ است. در حالیکه آب مایع و یخ به دلیل وجود برهمکنش های مولکولی بین مولکولهای آب اطراف این پیکها پهن تر هستند.

شدت پراکندگی‌های رامان

همانطوری که گفته شد، شدت پراکندگی‌های رامان به پارامترهای مختلفی از جمله غلظت نمونه و طول موج و قدرت لیزر تهییج کننده وابسته است. در زیر معادلات مربوط به پراکندگی های رامان استوک و آنتی استوک و عوامل موثر در شدت این پراکندگی‌ها آورده شده است.

تفسیر طیف‌ رامان

تفسیر طیف رامان با رویکردهای مختلفی انجام می‌شود، برخی این رویکردها در ادامه توضیح داده شده است.

شناسایی گروه‌های عاملی مولکول‌ها

هر کدام از گروههای عاملی در مولکول، جابجایی‌های مشخصی در طیف رامان دارند. سیگنال‌های حاصل از این جابجایی‌ها در فرآیندهایی که شامل تغییر در گروههای عاملی هستند مانند اکسایش، پلیمریزاسیون و غیره، بسیار مفید هستند و معیاری از پیشرفت واکنش را فراهم می‌کنند.

در واقع طیف رامان از تعداد باند تشکیل شده است که هر کدام به یک حالت ارتعاشی نسبت داده می‌شوند. از آنجاییکه طیف رامان مانند اثر انگشت برای هر ترکیب عمل می‌کند، شما را قادر می‌سازد که ترکیبات شیمیایی مختلف را شناسایی کنید. برخی پژوهشگران تمام پیکهای رامان را مورد بررسی قرار داده و می‌خواهند هرکدام از این باندها را به یکی از حالتهای ارتعاشی نمونه نسبت دهند. برخی پژوهشگران نیز از طیف رامان جهت مطابقت طیف تحت آنالیز با طیف رامان نمونه مرجع استفاده می‌کنند.

به عنوان مثال، ارتعاش کششی گروه کربونیل آلدهیدی همواره در محدوده 1700cm^–1 تا 1730cm^–1 ظاهر می‌شوند. در طیف رامان مربوط به ترکیب بنزونیتریل ارتعاشات کششی گروه سیانو (CN) در ناحیه 2229.4cm^–1 مشهود است.

طیف رامان بنزونیتریل و ارتعاش کششی گروه سیانو (CN) بنزونیتریل در 2229.4cm^–1 (ناحیه قرمز).

در جدول زیر اعداد موجی مربوط به گروههای عاملی مختلف به همراه شدت آنها آورده شده است:

استفاده از منطقه “اثر انگشت”

علاوه بر ارتعاشات مولکولی گروه‌های عاملی خاص، ارتعاشات چارچوب مولکولی (ارتعاشات اسکلتی) نیز می‌توانند در طیف رامان شناسایی شوند. ارتعاشات اسکلتی معمولاً در جابه جایی های رامان زیر 1500cm^–1 یافت می‌شوند و الگوی مشخص دارند که برای هر ماده ای منحصر بفرد است. این منطقه، که اغلب به عنوان منطقه “اثر انگشت” یک ماده شناخته می‌شود، مهم‌ترین بخش از طیف جهت شناسایی آن است.

طیف رامان بنزونیتریل و منطقه ارتعاشات اسکلتی (منطقه اثر انگشت شیمیایی) (قرمز).

بررسی ترکیبات مشابه با طیف سنجی رامان

مولکولها و گونه‌های شیمیایی بسیار مشابه با استفاده از طیف سنجی رامان قابل شناسایی هستند و تغییرات جزئی در نمونه‌ها را می‌توان با استفاده از طیف رامان مورد بررسی قرار داد. در شکل زیر طیف‌های رامان مربوط به ترکیبات استون، اتانول، دی متیل سولفوکسید، اتیل استات و تولوئن نمایش داده شده‌اند. همچنین گروههای عاملی مختلف به هر کدام از پیکها نسبت داده شده ‌اند. اگرچه این حلالهای آلی ساختار مولکولی مشابهی دارند ولی طیفهای رامان آنها به وضوح قابل تفکیک هستند.

نمونه های قابل شناسایی با طیف سنجی رامان

طیف سنجی رامان می‌تواند برای شناسایی بسیاری از نمونه‌های مختلف استفاده شود که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

• جامدات، پودرها، مایعات، ژل‌ها، دوغاب‌ها و گازها
• ترکیبات معدنی، مواد آلی و بیولوژیکی
• مواد شیمیایی خالص، مخلوط‌ها و محلول‌ها
• اکسیدهای فلزی
• ترکیبات حاصل از خوردگی

در نظر داشته باشید که آنالیز رامان برای بررسی فلزات و آلیاژهای آن‌ها مناسب نیست.

طیف رامان در حوزه‌های مختلفی مورد استفادع قرار می‌گیرند که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• هنر و باستان‌شناسی جهت شناسایی رنگدانه‌ها، سرامیک‌ها و سنگ‌های قیمتی
• مواد کربنی جهت بررسی ساختار و خلوص نانو لوله‌ها و همچنین شناسایی نقص ها و بی نظمی‌های ساختاری
• شیمی جهت بررسی ساختار، اطمینان از خلوص و پایش واکنش‌های شیمیایی
• زمین‌شناسی جهت شناسایی و بررسی مواد معدنی، سیالات و انتقال فازها
• علوم زیستی جهت بررسی سلول‌های منفرد و بافت‌ها، تداخل دارویی و تشخیص بیماری
• داروسازی جهت اطمینان از خلوص ترکیبات و و نحوه توزیع اجزا
• نیمه‌هادی‌ها جهت بررسی خلوص، ترکیب آلیاژ و بررسی میکروسکوپی تنش و کرنش ساختاری

مزایای طیف‌سنجی رامان

• در برخی از کاربردها، طیف‌سنجی رامان مزایای فنی نسبت به روش‌های دیگر دارد. این روش به ویژه برای شناسایی سریع بدون تماس مستقیم با نمونه مناسب است.
• طیف‌سنجی رامان یک تکنیک (معمولاً) غیر مخرب است که نمونه اندازه‌گیری شده می‌تواند بعداً برای اهداف دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
• نمونه می‌تواند از روی بسته‌بندی (مانند شیشه یا پلاستیک نازک) اندازه‌گیری شود که این امر باعث می‌شود که این تکنیک هنگام برخورد با مواد شیمیایی و مواد خطرناک بسیار ایمن باشد.
• در این تکنیک محدودیتی برای اندازه گیری وجود ندارد و شما می‌توانید به راحتی یک جامد را مستقیما و یا پودرها و محلول‌ها را با پر کردن آن‌ها در یک شیشه کوچک اندازه‌گیری کنید (شکل ۳).

• آنالیز بسیار سریعی است و در عرض چند ثانیه طیف حاصل می‌شود.
• طیف سنجی رامان یک تکنیک مناسب برای حلال‌های آبی است و مشکل جذب قوی آب که یک مشکل رایج در طیف‌سنجی IR است، در آن وجود ندارد.

محدودیت‌های طیف‌سنجی رامان

اگرچه مزایای طیف‌سنجی رامان وجود دارد، اما نیز برخی محدودیت‌ها وجود دارد که به دلیل اثر ضعیف رامان و استفاده از نور لیزر قوی ایجاد می‌شود:

• حد تشخیص معمولاً در محدوده 1٪ است که از استفاده آن برای آنالیز مواد با مقادیر جزئی را محدود می‌کند. با این حال، تکنیک‌های بهبود دهنده مانند SERS (پراکنش رامان تقویت شده سطحی) وجود دارند که آنالیز مقادیر جزئی را امکان‌پذیر می‌کنند.
• برخی سیگنال‌های ضعیف رامان ممکن است توسط سیگنال‌های فلورسانس همپوشانی داشته باشند.

• اندازه گیری طیف رامان مربوط به نمونه‌های تیره چالش برانگیزاست. جذب نور زیاد در این نمونه‌ها منجر به گرم شدن نمونه ‌می‌شود که حتی می‌تواند منجر به تغییرات مولکولی و اشتعال در نمونه گردد.
• نمونه‌های تاریک چالش برانگیز هستند زیرا بیشتر نور را جذب می‌کنند که منجر به گرم شدن نمونه می‌شود. این ممکن است منجر به تغییرات مولکولی در ساختار شود حتی به اندازه اشتعال.
• فلزات به دلیل ساختار شبکه ای که دارند، ارتعاشات مولکولی را نشان نمی دهند و نمی توانند در طیف رامان مشخص شوند.
• گازها نمی‌توانند توسط دستگاه‌های رامان معمولی شناسایی شوند و نیاز به ابزارهای ویژه دارند.

تکنیک‌های مختلف طیف سنجی رامان

به منظور به حداقل رساندن عیوب و محدودیت‌های طیف سنجی رامان تکنیک‌های مختلفی توسعه یافته‌اند که از جمله این دلایل می‌توان به دلایل مختلفی مانند ضعیف بودن اثر رامان، وجود حالتهای ارتعاش خاموش و برخی مولکولها با گروههای مولکولی خاص و تداخل فلورسانس اشاره کرد. در ادامه به برخی از متداول‌ترین تکنیک‌های طیف سنجی رامان آورده شده است:

• پراکندگی خود به خود رامان (Spontaneous Raman Spectroscopy)
• طیف‌سنجی رزونانس رامان (Resonance Raman Spectroscopy)
• پراکندگی رامان آنتی استوکس همدوس (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS))
• طیف سنجی تقویت شده با تیپ (Tip-Enhanced Raman Scattering (TERS))
• طیف‌سنجی رامان فضایی (Spatially Offset Raman Spectroscopy (SORS))
• طیف سنجی انتقال رامان (Transmission Raman Spectroscopy(TRS))
• طیف سنجی رامان تبدیل فوریه (Fourier Transform Raman Spectroscopy (FT-Raman))

نتیجه گیری

اسپکتروسکوپی رامان یک نوع از اسپکتروسکوپی ارتعاشی است و طیف رامان مانند “اثر انگشت شیمیایی” برای ماده اندازه گیری شده است. ازآتجاییکه طیف رامان برای انواع مختلفی از ترکیبات معدنی، مواد آلی و مواد بیولوژیکی قابل اندازه‌گیری است و همچنین سهولت کار کردن با آن، طیف سنجی رامان را به یکی از پرکاربردترین روشهای شناسایی در زمینه های مختلفی تبدیل کرده است و و پیشرفتهای حاصله در زمینه استفاده از تکنولوژی‌های جدید رامان این مسیر را هموارتر نموده است.

مراجع

• Zhang SL. Raman spectroscopy and its application in nanostructures. John Wiley & Sons; 2012 Jan 24.
• Nakamoto K. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds, part B: applications in coordination, organometallic, and bioinorganic chemistry. John Wiley & Sons; 2009 Jan 16.
• Smith E, Dent G. Modern Raman spectroscopy: a practical approach. John Wiley & Sons; 2019 Apr 29.
• Workman Jr J, editor. The handbook of organic compounds, three-volume set: Nir, ir, r, and uv-vis spectra featuring polymers and surfactants. Elsevier; 2000 Oct 18.
• Gremlich HU, Yan B. Infrared and Raman spectroscopy of biological materials. CRC press; 2000 Sep 25.
• Socrates G. Infrared and Raman characteristic group frequencies: tables and charts. John Wiley & Sons; 2004 Jun 18.
• Chukanov NV, Vigasina MF, Chukanov NV, Vigasina MF. Raman spectra of minerals. Springer International Publishing; 2020.
• McAfee L. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds. Part A: theory and applications in inorganic chemistry; Part B: application in coordination, organometallic, and bioinorganic chemistry, (Nakamoto, Kazuo).
• Nakamoto K. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds, part B: applications in coordination, organometallic, and bioinorganic chemistry. John Wiley & Sons; 2009 Jan 16.
• https://www.electrooptics.com/article/accessible-sensing-technology-raman-spectroscopy
• https://qvarz.com/what-is-raman-spectroscopy
• https://www.renishaw.com/fr/what-raman-spectroscopy-can-tell-you–25800

ما داده های خام به دست آمده از آنالیزهای زیر را بررسی و تفسیر می‌کنیم:

طیف‌سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)

طیف‌سنجی رامان (Raman)

طیف سنجی NMR

آنالیز عنصری (…,ICP, CHN, XRF, EDAX)

اسپکتروفتومتری (UV-Vis)

پراش پودر اشعه ایکس (XRD)

آنالیز وزنی حرارتی (TGA)

مغناطیس سنج نمونه ارتعاشی (VSM)

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)

طیف‌سنجی فوتوالکترونی اشعه ایکس (XPS)

اسپکتروسکوپی جرمی (Mass )

برای تفسیر طیف رامان نیاز به کمک دارید؟

برای ثبت سفارش و یا دریافت مشاوره رایگان باما در ارتباط باشید

09398565101 (تماس در ساعات اداری، تلگرام یا واتساپ)