آنالیز رامان

آنالیز رامان : طیف سنج رامان – RAMAN SPECTROMETER

آنالیز طیف سنجی رامان (Raman spectrometry) یک روش متداول و سریع برای مشخص کردن پیوند‌های شیمیایی است. هر چند اندازه گیری دقیق میزان یک پیوند یا گروه عاملی در نمونه به وسیله این روش کار مشکلی است ولی می‌توان از این روش برای بررسی وجود یا عدم وجود یک پیوند یا گروه عاملی استفاده کرد یا میزان آن پیوند را با نمونه شاهدی مقایسه کرد و تاثیر یک فرایند را بر کاهش یا افزایش پیوند خاصی به راحتی بررسی کرد.

در دستگاه طیف سنج رامان، یک پرتو نور لیزر به نمونه تابیده می‌شود و یک آشکارساز طول موج و شدت پرتو خروجی از نمونه را ثبت می‌کند. تفاوت بین طول موج برخورد کرده به نمونه و طول موج خارج شده از آن با هم کمی تفاوت دارد. این تفاوت بر اثر تاثیر پیوند بر انرژی نور ساطع شده است. از این رو با اندازه‌گیری تفاوت طول موج ورودی به نمونه و خروجی از آن می‌توان نوع پیوند‌های موجود در نمونه را مشخص کرد.

توانایی‌های دستگاه طیف سنجی رامان

• توانایی تشخیص گروههای عاملی آلی و عناصر آلی مشخص
• مرجع طیفهای معلوم برای تشخیص عناصر
• شرایط محیطی (عدم نیاز به خلاء، مناسب برای مواد شبه فرار)
• معمولا غیر مخرب
• تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح

مشخصات فنی دستگاه رامان

دستگاه ۱:

• نام کامل دستگاه به فارسی : طیف سنجی رامان
• نام کامل دستگاه به لاتین : HANDHELD RAMAN ANALYZER
• شرکت سازنده : RIGAKU
• مدل دستگاه : FIRSTGUARD
• طول موج لیزر: ۱۰۶۴ نانومتر
• ماکزیمم توان: ۱۴۵۰mW، پالسی
• دیتکتور حساس جدا Ge سرد شده تا ۷۷ کلوین
• متصل به میکروسکوپ رامان

دستگاه ۲:

• شرکت سازنده: TEKSAN
• طول موج لیزر: ۵۳۲ نانومتر

نحوه کار دستگاه طیف سنجی رامان

زمانی که یک پرتو نوری به انرژی بالا به نمونه برخورد می‌کند الکترون‌های ماده جامد تحریک می‌شوند و الکترون از ترازهای پایینی به ترازهای بالایی حرکت می‌کنند. زمانی که الکترون از ترازهای بالایی به ترازهای پایینی برمی‌گردد انتظار می‌رود همان طول موجی را که جذب کرده، تابش کند، ولی برخی از پرتوهای ساطع شده از نمونه طول موجی کمی متفاوت با پرتو ورودی دارند.

این تفاوت طول موج اندک به دلیل پدیده شیفت رامان Raman Shift است. ایجاد این پدیده بخاطر ارتعاش پیوند‌ها در نمونه است. اگر پرتو نور ورودی به پیوندی بخورد که درحال ارتعاش است دو پدیده می‌تواند رخ دهد. در یک حالت پیوند در حال ارتعاش بخشی از انرژی را جذب می‌کند و آن را صرف افزایش ارتعاش خود می‌کند در این صورت طول موج تابش شده از نمونه بیشتر می‌شود. در حالت دوم پیوند در حال ارتعاش بخشی از انرژی خود را به پرتو خروجی می‌دهد و انرژی پرتو خروجی افزایش می‌یابد و به طبع آن طول موج آن کاهش می‌یابد.

میزان این افزایش یا کاهش طول موج برابر و وابسته به نوع پیوند است. از این رو با اندازه گیری تفاوت طول موج تابیده شده به نمونه و پرتو ساطع شده از نمونه می‌توان مشخص کرد که چه پیوند‌هایی در نمونه وجود دارد. در دستگاه طیف سنجی رامان یک پرتو لیزر تک طول موج با طول موج مشخص به نمونه تابیده می‌شود. بر اثر این تابش نوری از سطح ساطع یا بازتاب می‌شود. نور بازتاب شده از نمونه توسط یک آشکار ساز ثبت می‌شود. آشکار ساز شدت هر طول موج خروجی از نمونه را ثبت می‌کند. در نرم افزار دستگاه طول موج پرتوهای خروجی از طول موج نور لیزر کم می‌شود. برای ایجاد تفکیک بیشتر، در خروجی نرم افزار بجای طول موج، عدد موج گزارش می‌شود و خروجی دستگاه نموداری است که محور افقی آن عدد موج و محور عمودی آن شدت است. هر نوع پیوند عدد موج مشخصی دارد پس از روی نمودار جاهایی که قله دیده می‌شود، جاهایی هستند که پیوندی وجود دارد. با استفاده از یک جدول می‌توان مشخص کرد که هر یک از قله‌ها مربوط به چه پیوندی است.

طیف سنجی رامان و FT-IR دو آزمون مکمل هستند زیرا برخی از پیوند‌ها در رامان خوب دیده می‌شوند و برخی دیگر در FT-IR.آزمون رامان توانایی خوبی در بررسی ساختارهای کربنی دارد، از این رو این آزمون یک از روش‌های سریع و ارزان قیمت برای بررسی اولیه ساختارهای کربنی مانند نانو لوله، فلورین گرافن و DLC است.

نتایج آزمون طیف سنجی رامان

نتایج آزمون رامان به صورت یک تصویر از نمودار و یک فایل اکسل که حاوی اطلاعات عددی نمودار است برای متقاضی فرستاده می‌شود. در برخی از نمونه‌ها ممکن است یک تصویر و یک فایل اکسل دیگر نیز برای نتقاضی ارسال شود. این نمودار دوم مربوط به بخشی از نمودار اول است که یا پیک‌های اصلی در آن وجود دارند و یا به درخواست متقاضی رنج بررسی محدود شده باشد.

سوالات متداول آنالیز رامان

برای نمونه من استفاده از دستگاه رامان با کدام طول موج لیزر مناسب است؟

مرسوم ترین دستگاه های رامان دارای لیزر با طول موج های nm ۵۳۲ – ۷۸۵ – ۱۰۶۴  است. نمونه نباید تداخل فلورسانس داشته باشد. به این معنی که نشر در طول موج انتخابی نداشته باشد. برای نمونه هایی که فلورسانس دارند از لیزر با طول موج بالاتر می توان استفاده کرد. با این حال در نظر داشته باشید راندمان تحریک در طول موج های پایین تر بالاتر است. در نتیجه اگر نمونه فلورسانس شدیدی دارد از رامان با طول موج بالاتر باید استفاده کرد. در غیر این صورت انتخاب طول موج های کمتر مناسب تر است.

چرا در جواب رامان نمونه من برخلاف انتظارم هیچ پیک مشخصی مشاهده نشده است؟

احتمالا نمونه شما در طول موج انتخابی تداخل فلورسانس داشته است. در این صورت باید از رامان با طول موج لیزر بیشتر استفاده شود.

آیا از نمونه مایع نیز می توان آنالیز رامان گرفت؟

یکی از مزایای آنالیز رامان نسبت به آنالیز FTIR امکان انجام آنالیز از نمونه های مایع و آبی است. آنالیز رامان محدودیتی در شکل و جنس نمونه ندارد و نمونه می تواند توده ای، پودری و یا مایع باشد.

برای بررسی پیوندهای نمونه ام باید کدام آنالیز را انتخاب کنم. رامان یا FTIR؟

طیف سنجی رامان و FT-IR دو آزمون مکمل هستند زیرا برخی از پیوند‌ها در رامان خوب دیده می‌شوند و برخی دیگر در .FT-IR به عنوان مثال آزمون رامان توانایی خوبی در بررسی ساختارهای کربنی دارد. همچنین آنالیز رامان محدودیتی در شکل و حالت نمونه ندارد.