طیف سنجی رامان امروزه به دلیل پیشرفت های علمی و دستگاهی، به روشی رایج و مقرون به صرفه در تحقیقات علمی تبدیل شده است. هرچند نیازمند دقت و مهارت بالایی است تا بتوان نتایج آن را درست تحلیل کرد. اثر رامان اولین بار توسط دانشمندی هندی با استفاده از نور خورشید مشاهده شد که به نام او نام گذاری شد. همچنین این دانشمند در سال ۱۹۳۰ جایزه نوبل فیزیک را به دلیل این کشفش، دریافت کرد. این روش در واقع تکنیکی برای بررسی مولکول هاست و با اتم ها سروکار ندارد. در واقع نور تکفام با ماده برهمکنش داشته و دچار پراکندگی می شود. طول موج فوتون های نوری پراکنده شده به سمت مقادیر کمتر و یا بیشتر از طول موج فرودی می توانند شیفت پیدا کنند که پراکندگی رامان گفته می شود. انرژی فوتون فرودی باعث برانگیختگی الکترون های پیوندی گروه های عاملی نمونه شده به حالت ارتعاشی و یا چرخشی می شود. این تغییر انرژی در فوتون های تابیده شده وابسته به نوع گروه های عاملی و پیوندهای آن هاست.
تئوری طیف سنجی رامان
پراکندگی رامان به دو دسته کلی تحت عنوان استوکس و آنتی استوکس تقسیم می شود. همان طور که در بالاتر ذکر شد، به دلیل انتقال انرژی بین فوتون های فرودی و مولکول های نمونه، طول موج پرتوی ورودی تغییر می کند. اگر طول موج بلندتری ساطع شود به آن پراکندگی رامان استوکس گفته می شود. در حالتی که طول موج پراکنده شده کوتاه تر از طول موج فرودی باشد، به آن آنتی استوکس گفته می شود. معمولا خطوط استوکس شدت بیشتری داشته و از آن ها در طیف سنجی استفاده می شود. تابش نور فرودی به صورت تکفام به صورت نور لیزر در محدوده نور مادون قرمز است و در این نوع طیف سنجی، شدت و طول موج نور پراکنده شده اندازه گیری شده و مورد بررسی قرار می گیرد.
طیف سنجی رامان برای بررسی اثر پارامترهای مختلفی مانند دما، فشار، تنش، کرنش بر نمونه و تغییر نوسان های بین مولکولی گزینه مناسبی است. در واقع هرگونه تغییر در فواصل بین اتمی در ساختار می تواند منجر به جابه جایی فرکانس های رامان گردد.
طیف سنجی رامان و تبدیل فوریه از جهاتی شبیه هم هستند اما در اصول اولیه و تئوری تفاوت هایی داشته که در برخی موارد مکمل یکدیگر محسوب می شوند. در طیف سنجی رامان از پیوندهایی که در اثر جذب نور قطبش پذیر می شوند به کار می روند اما در طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، پیوندهایی که بتوانند ممان دو قطبی ایجاد کنند، بررسی می شوند. از طرفی فرکانس های پیک جذبی در طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز و تغییرات انرژی نشر استوکس و آنتی استوکس بیانگر انرژی اولین تراز ارتعاشی از حالت پایه به برانگیخته است که به آن اثر انگشت نیز گفته می شود.
اجزای دستگاه طیف سنجی رامان
اجزای اصلی و مهم این دستگاه منبع نور تک فام و طیف سنج آن است. از آن جایی که انرژی بالا و تک طول موج بودن نور فرودی بسیار اهمیت دارد عموما از لیزرهای آرگون، کریپتون، هلیوم یا نئون استفاده می شود که انتخاب آن به نوع نمونه بستگی دارد تا تابش فلورسانس نداشته باشد. طیف سنج های رامان به طور کلی به دو گروه طیف سنج های پاشنده (Dispersive) و تبدیل فوریه (Fourier transform) تقسیم می شوند. هر دو نوع طیف سنج های موجود توانایی جدا کردن تابش های رامان از پراکندگی رایلی و تجزیه و تحلیل سیگنال های رسیده را دارند. طیف سنج های پاشنده از یک لیزر و دوربین CCD استفاده می کنند که نور در محدوده مرئی تولید کرده و دوربین به عنوان آشکارساز کاربرد دارد. اما طیف سنج های تبدیل فوریه شبیه دستگاه FT-IR شامل منبع نور مادون قرمز بوده و از یک سیستم تداخل سنج که نیاز به برنامه تبدیل فوریه دارد، استفاده می کند.
شکل 1: اجزا دستگاه طیف سنجی رامان
کاربردهای طیف سنجی رامان
- شناسائی برخی ترکیبات شیمیایی آلی و معدنی به روش غیر تماسی و غیر مخرب
- تعیین ساختار شیمیائی نمونه
- تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح
- آنالیز نانو ذرات برخی از ملکولهای آلی و نانوبلورهای DNA و نانو لوله های کربنی
- تعیین قطر کربن و تعیین قطر برخی نانو ذرات معدنی
- تعیین کایرالیته کربن
- تعیین ساختار نانومواد و آلوتروپ های مختلف کربنی
