Raman Spectroscopy
مفاهیم پایه
طیف نمایی رامان چه در اصول و چه در عمل تا اندازه‌ای از
طیف نمایی جذبی و
گسیلی متفاوت است. اما آنچنان وسیله مهمی در تحلیل مولکولی است که بایستی در اینجا بطور خلاصه ذکر میکنیم. اگر گاز یا مایعی تحت تابش یک خط قوی با
فرکانس اختیاری (v
0 به عنوان مثال ، یکی از خطوط صادره از لامپ جیوه) قرار گیرد، نور پراکنده شده عمدتا دارای همان
فرکانس است.
اما یک یا چند خط ضعیف جابجایی ممکن است در طرف طول موجهای بلند مثلا در فرکانسهایν
s ظاهر شوند که اینها به
خطوط استوکس معروفند. حتی در طرف طول موجهای کوتاه ممکن است خطوط ضعیفتری به نام پاد استوکس با فرکانس ν
a ظاهر شوند.
نوارهای رامان
اختلاف انرژی
νs - ν0 یا
νaν0 - به صورت
انرژی ارتعاشی یا دورانی مولکول داده (یا از آن گرفته) می‌شود. از این روش می‌توان برای بررسی مدهای ارتعاشی مولکولی که منجر به جذب فروسرخ نمی‌شوند، استفاده کرد. شرط وجود ظهور طیف رامان این است که مولکول دارای قابلیت قطبی شدنی باشد که به حالت ارتعاشی یا دورانی بستگی دارد. در مولکولهای دو اتمی این وضع همیشه هست و طیف رامان شامل یک نوار استوکس و یک نوار پاداستوکس در فرکانسهای
ω ± است که ساختار دورانی هر کدام بوسیله
قاعده گزینش به صورت 2± و 0ΔJ= تعیین می‌شود.
طیف رامان دورانی
ساختمان دورانی در حول خط تابشی ظاهر می‌شود،
مولکولهای چند اتمی طیفهای رامان دورانی خالص نیز دارند (جز برای مولکولهای نوع تقارن کروی) معمولا بعضی از مدهای ارتعاشی رامان فعال بوده و بعضی چنین نیستند. در موارد مشخصی قواعد مربوط به ظهور
طیفهای فروسرخ و رامان بطور متقابل منحصر به فرد هستند. در حقیقت ، نوع
تقارن در مولکول را می‌توان صرفا از وجود یکی از طیف های رامان یا فروسرخ یا هر دوی آنها نتیجه گرفت.
کاربردهای طیف رامان
جدیدترین مسئله تجربی معمولا ناکافی بودن شدت است، زیرا خطوط جابجا شده بسیار ضعیف بوده و می باید از خط بسیار قوی کشسان پراکنده جابجا نشده ، تمیز داده شود. تا این اواخر طیف نمایی رامان مستلزم وجود
طیف نگارهایی با روزنه های بسیار بزرگ بوده و به میزان وسیعی به نمونه هایی از مایع ، منحصر شده بود که برای آنها مراکز پراکندگی طبعا بزرگتر است. بایستی خاطر نشان کنیم که دوران آزاد مولکول ها در حالت
مایع ممکن نیست، لذا در طیف نمایی رامان مایعات ، ساختار دورانی ناپیوسته ای ظاهر نمی شود. همان محدودیت عینا برای طیف های جذبی نیز وجود دارد. اما در این مورد به کار برد نمونه های گازی بسیار ساده تر است. در هر صورت طیف نمایی رامان فنی است که برای آن
لیزر منبع نور مطلوب است. در این صورت مشکلات تجربی ، به هیچ وجه ، به همان شدت حالتهای پیشین نیستند.
طیف سنجی رامان برای شناسایی
ساختار مولکولی بسیار مناسب است با این روش تعیین فرکانسهای چرخشی و ارتعاشی مولکول ، ارزیابی هندسی و حتی تقارن مولکول‌ها امکان پذیر است. در برخی موارد که امکان تعیین ساختار مولکولی وجود ندارد، می‌توان با تکیه بر فرکانسهای ثبت شده ، قرار گرفتن
اتمها در یک
مولکول را بررسی کرد. اطلاعاتی که توسط
طیف سنجی مادون قرمز و رامان به دست می‌آید، بسیار مشابه هستند. به تازگی ساختار پیچیده مولکولهای زیستی با طیف سنجی رامان تعیین شده است. طیف رامان اطلاعات با ارزشی را نیز در زمینه
فیزیک حالت جامد ارائه می‌کند. چون طیف سنجی رامان را می‌توان به راحتی برای مطالعه اجزاء و گروههای شیمیائی در محیط آب به کاربرده استفاده از این تکنیک در مطالعه موجودات زنده از اهمیت خاصی برخوردار است.
کاربردهای مهم طیف سنجی رامان در فناوری نانو
- شناسائی و جداسازی برخی از ترکیبات آلی و معدنی
- تعیین ساختار شیمیائی ترکیبات
- تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح
- با استفاده از طیف سنج رامان برای آنالیز ذرات نانو مقیاس برخی از ملکولهای آلی و نانو کریستالهای DNA و نانو تیوپ کربن می‌توان استفاده نمود.
- برای تعیین قطر کربن و کایرالیته کربن (کربن کایرال ، کربنی است که چهار گروه اتم متصل به آن متفاوت باشد) و تعیین قطر نانو ذرات معدنی می‌توان از طیف سنج رامان استفاده نمود.
مباحث مرتبط با عنوان
