طیف سنجی رامان یک تکنیک طیف سنجی مولکولی است که با مولکول ها سر و کار دارد. بطور کلی رامان تکنيکی است که به کمک تابش پراکنده شده از برخورد فوتون با مولکول خواص مولکول را آشکار می کند.
در این تکنیک وقتی نور به نمونه تابيده می شود آن را برا انگيخته می کند و به نوسان وا می دارد و همين نوسان هاست که اندازه گيری می شود. در این روش فوتون های تک طول موج روی نمونه متمرکز می شوند. زمانی که یک پرتو نوری با انرژی بالا به نمونه برخورد میکند الکترونهای ماده 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 را تابش کنند، ولی برخی از پرتوهای ساطع شده از نمونه طول موجی کمی متفاوت با پرتو ورودی دارند. این تفاوت اندک طول موج به دلیل پدیده شیفت رامان Raman Shift است. ایجاد این پدیده بخاطر ارتعاش پیوندها در نمونه است.
غالباً فوتون هایی که با مولکول ها برهمکنش می کنند به طور الاستیک پراکنده می شوند که به این نوع پراکندگی;پراکندگی رایلی گفته می شود. تقریباً از هر یک میلیون فوتون، یک فوتون بهطور غیرالاستیک پراکنده میشود. در پراکندگی رامان، فوتون فرودی با ماده برهمکنش میکند و طول موج آن به سمت طول موجهای بیشتر یا کمتر شیفت مییابد. معمولا شیفت به طول موجهای بیشتر غالب است و این پراکندگی را رامان استوکس می نامند.
طیفهای رامان هر مولکول منحصربهفرد است. از این رو میتوان از آن مانند “اثر انگشت” در تشخیص ترکیبات مولکولی روی یک سطح، درون یک مایع یا در هوا استفاده کرد. جالب است بدانید رنگ آبی آسمان سیاره ما ناشی از پراکندگی نور خورشید از مولکولهای گازی موجود در جو میباشد که در واقع همان پدیده رامان است.
تکنیک رامان در حوزههای متنوعی کاربرد دارد و استفاده از آن در پزشکی، داروسازی، علوم تغذیه، علوم دفاعی و صنعت رشدی چشمگیر پیدا کردهاست. طیف سنجی رامان به دلیل اینکه اطلاعات دقیق و سریعی از ترکیب مولکولی مواد زیستی را به روشی غیر مخرب در دسترس قرار می دهد، مورد توجه است. حال حاضر تکنیک رامان جهت تشخیص مواد منفجره، عوامل جنگهای شیمیایی و باکتریایی و مواد شیمیایی خطرناک به کار میرود.
تکنیک رامان همچنین میتواند نمونهها را به روش غیرتماسی از میان مواد بسته بندی شفاف یا نیمه شفاف بررسی کند. بنابراین موادی مانند داروها و مواد مخدر را میتوان از میان کیسه پلاستیکی حاوی آن تحلیل کرد و به این ترتیب می توان از آسیب مدارک و شواهد جنایی یا آلوده شدن آنها اجتناب کرد.
اندازهگیری نیترات، نیتریت و هیدروکسید در مخازن حاوی پسماندهای رادیواکتیو نیز به این روش امکان پذیر است. این سه ماده شیمیایی در نمایش و کنترل خوردگی مخزن استفاده می شوند.
دقت آشکارسازی رامان به عوامل مختلفی از جمله طول موج لیزر مورد استفاده و ماده خاص بستگی دارد. دقت آشکارسازی این تکنیک از چند ppm تا ppb است.
قابلیت رامان در نمایش تنش و پارامترهای دیگر مانند دمای سطح آن را به عنوان ابزاری مؤثر در ساخت قطعات نیمرسانا مطرح میکند. همچنین توانایی این تکنیک در فراهم آوردن تصاویری دقیق از سلولها، امکان تحلیل و مقایسه بین بافتهای سالم و بیمار را ممکن میسازد که به ویژه در مطالعه سرطان مهم است. در عمل جراحی تومور مغزی، جدا کردن بافت سالم از بافت تومورمی بایست بدون کمترین به جا ماندگی بافت تومور انجام گیرد و حذف ناقص تومور خطر ابتلای مجدد به سرطان تومور را افزایش می دهد که با استفاده از رامان می توان با دقت بسیار بالایی برای تشخیص و برداشت این بافتها عمل کرد.
تواناییهای دستگاه طیف سنجی رامان:
۱- توانایی تشخیص گروههای عاملی آلی و عناصر آلی مشخص
۲-مرجع طیفهای معلوم برای تشخیص عناصر
۳-شرایط محیطی (عدم نیاز به خلاء، مناسب برای مواد شبه فرار)
۴-معمولا غیر مخرب
۵-تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح
اجزای دستگاهی:
از نظر دستگاهی می توان مهمترین اجزاء دستگاه رامان را منبع و سیستم طیف سنج آن دانست. منابع مورد استفاده در روش رامان اکثرا لیزری هستند، چون شدت آنها به اندازه کافی زیاد است که بتوانند یک پراکندگی رامان قابل قبول ایجاد کند.
متداولترین منابع لیزری مورد استفاده عبارتند از: لیزر یون آرگون با طول موجهای ۴۸۸ و 5/514 نانومتر، یون کریپتون با طول موج های نزدیک به ۵۳۱ و ۶۴۷ نانومتر، هلیم/نئون با طول موج 8/632 نانومتر، لیزر دیودی با طول موج ۷۸۲ و ۸۳۰ نانومتر و لیزر Nd/YAG با طول موج ۱۰۶۴ نانومتر.
از آنجا که فرکانس منبع تاثیر بسزایی روی شدت پیک های رامان یک گونه دارد، انتخاب منبع مورد استفاده با توجه به شرایط نمونه انتخاب می شود. برای مثال برای گونه های فلورسانس کننده عموما از منابع با طول موج در محدوده مادون قرمز مثل Nd/YAG استفاده می شود که دارای انرژی کافی برای برانگیخته کردن گونه ها و ایجاد فلورسانس در آنها نیستند. بدین ترتیب مزاحمت فلورسانس به حداقل رسانده می شوند.
البته لازم به ذکر است که منابع فرابنفش هم قابلیت استفاده در روش رامان را دارا هستند ولی به دلیل یک سری محدودیت ها از جمله میزان انرژی زیاد آنها که بعضا باعث تخریب نمونه می شود و همچنین خطر های ناشی از استفاده از نور فرابنفش کاربرد گسترده ای نیافته اند.
دستگاه های رامان جدید عمدتا بر مبنای دو نوع کلی از طیف سنج ها مورد استفاده قرار می گیرند؛ یکی طیف سنج های پاشنده (Dispersive) و دیگری هم طیف سنج های تبدیل فوریه (Fourier transform).
استفاده از طیف سنج در دستگاه رامان به دو دلیل عمده صورت می پذیرد:
۱-به جهت جدا کردن تابش ناشی از پراکندگی رایلی از تابش های رامان از سیستم تکفامساز، فیلتر یا تداخل سنج استفاده می شود.
۲- کاربرد دیگرآن برای تجزیه و تحلیل سیگنال های نوری جمع آوری شده می باشد
نحوه کار دستگاه طیف سنجی رامان:
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 روی نمودار جاهایی که قله دیده میشود، جاهایی هستند که پیوند وجود دارد و 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 یکی 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.
