Raman-spektrissä on useita huippuja, jotka osoittavat Raman-sironneen valon intensiteetin ja aallonpituuspaikan. Jokainen huippu vastaa tiettyä molekyylisidosvärähtelyä, mukaan lukien yksittäiset sidokset, kuten CC, C=C, NO, CH jne., ja sidosryhmät, kuten bentseenirenkaan hengitystila, polymeeriketjuvärähtelyt, hilamoodit jne.

Raman-spektroskopian antamat tiedot

Raman-spektroskopia on sekä kvalitatiivista että kvantitatiivista.

Yleinen spektriprofiili (huipun sijainti ja suhteellinen piikin intensiteetti) tarjoaa ainutlaatuisen kemiallisen sormenjäljen, jota voidaan käyttää materiaalin tunnistamiseen ja sen erottamiseen muista. Usein todellinen spektri on varsin monimutkainen, joten kattavia Raman-spektrikirjastoja voidaan etsiä vastaavuuden löytämiseksi ja siten kemiallisen tunnisteen saamiseksi.

Spektrin intensiteetti on suoraan verrannollinen pitoisuuteen. Tyypillisesti kalibrointimenettelyä käytetään määrittämään huipun intensiteetin ja pitoisuuden välinen suhde, minkä jälkeen voidaan tehdä rutiinimittauksia pitoisuuden analysoimiseksi. Seoksissa suhteelliset huippuintensiteetit antavat tietoa komponenttien suhteellisista pitoisuuksista, kun taas absoluuttisia huippuintensiteettejä voidaan käyttää absoluuttiseen pitoisuustietoon.

Ramania käytetään mikroskooppiseen analyysiin

Todellista konfokaalista Raman-mikroskooppia voidaan käyttää mikronikokoisten hiukkasten tai tilavuuksien analysointiin. Sitä voidaan käyttää jopa monikerroksisen näytteen eri kerrosten (esim. polymeeripinnoitteiden) sekä läpinäkyvän näytteen pinnan alla olevien epäpuhtauksien ja piirteiden analysoimiseen (esim. lasin sisällä olevat epäpuhtaudet ja mineraalien neste-/kaasusulkeumat).

Motorisoidut kartoitusvaiheet mahdollistavat Raman-spektrikuvien generoinnin, jotka sisältävät useita tuhansia näytteen eri kohdista saatuja Raman-spektrejä. Raman-spektrin perusteella voidaan luoda vääriä värikuvia – ne osoittavat yksittäisten kemiallisten komponenttien jakautumisen ja muiden vaikutusten, kuten faasin, polymorfismin, jännityksen/venymän ja kiteisyyden, vaihtelut.

Raman-mikroskoopin historia

HORIBA Scientific yhdistää nyt tärkeimmät Raman-instrumentoinnin keksijät 1960-luvulta 1990-luvulle – Spex Industriesin, Coderg/Lirinord/Dilorin ja Jobin Yvonin. Näistä alkuajoista nykypäivään HORIBA Scientific ja sen osakkuusyhtiöt ovat olleet Raman-spektroskopian kehityksen kärjessä.

Raman-mikroskoopin kehitettiin Lillessä, Ranskassa professori Michel Delhayen ja Edouard DaSilvan johdolla, ja Lirinord (nykyisin HORIBA Scientific) tuotti sen kaupallisesti MOLE™:na (Molecular Optics Laser Examiner). Se kehitettiin Castaingin elektronimikroskoopin molekyylianalogiksi. Sellaisenaan se tarjoaa sidosinformaatiota kondensoituneiden faasien materiaaleista; molekyylisidoksen havaitsemisen lisäksi kidefaasin ja muiden hienovaraisempien vaikutusten tunnistaminen osoittautui myös merkittäväksi mielenkiintoiseksi.

Mikroskooppi integroitiin alun perin pyyhkäisevään kaksoishilamonokromaattoriin (n. 1972). Kun korkean herkkyyden ja hiljaiset monikanavailmaisimet tulivat saataville (1980-luvun puolivälissä), kolmivaiheiset spektrografit otettiin käyttöön mikroskoopin integroituneena komponenttina. Vuonna 1990 holografisten lovisuodattimien osoitettiin tarjoavan ylivoimaista laserhylkimistä, jotta Raman-mikroskooppi voitaisiin rakentaa yksivaiheiselle spektrografille ja tarjota paranneltua herkkyyttä. Verrattuna alkuperäisiin pyyhkäiseviin kaksoismonokromaattoreihin, vertailukelpoisten spektrien keräysajat (resoluutio ja signaali-kohina tietyllä laserteholla) ovat nyt vähintään kahdesta kolmeen suuruusluokkaa korkeammat kuin 35 vuotta sitten.

Nämä ydininnovaatiot ovat olleet edelläkävijöitä HORIBA Scientific -laboratorioissa Pohjois-Ranskassa professori Delhayen laboratoriossa koulutettujen tiedemiesten ja insinöörien toimesta hyödyntäen laitteistoa sellaisena kuin se oli saatavilla. Tämä sisälsi holografiset ritilät, lovisuodattimet, ilmajäähdytteiset laserit, monikanavaiset ilmaisimet (ensin tehostetut diodiryhmät ja sitten CCD:t), suuritehoiset tietokoneet ja niihin liittyvät elektroniikka- ja ohjelmistokehitykset.

Uusimpia Raman-tekniikan kehityssuuntia ovat SRS (Stimulated Raman Scattering), SERS (pinnalla tehostettu Raman-sironta), TERS (kärjellä tehostettu Raman-sironta), integraatio elektronimikroskooppien ja atomivoimamikroskooppien kanssa, hybridi-yksipenkkijärjestelmät (esim. Raman-PL). , Epifluoresenssi, Photocurrent), Transmission Raman (todellista bulkkimateriaalianalyysiä varten).

HORIBA Scientificin ja sen osakkuusyhtiöiden alalla toimineen johtajuuden ansiosta hyvin varusteltuja sovelluslaboratorioita, joissa on korkeasti koulutetut tutkijat, on jatkuvasti työstetty yli 30 vuoden ajan näiden innovatiivisten instrumenttien sovellusten kehittämisessä.

Ramanilla analysoitujen näytteiden tyyppi

Ramanilla voidaan analysoida monia erilaisia näytteitä. Yleensä se sopii analysoimaan:

• Kiinteät aineet, jauheet, nesteet, geelit, lietteet ja kaasut
• Epäorgaaniset, orgaaniset ja biologiset materiaalit
• Puhtaat kemikaalit, seokset ja liuokset
• Metallioksidit ja korroosio

Yleensä se ei sovellu analysoimaan:

• Metallit ja niiden seokset

Tyypillisiä esimerkkejä Ramanin käytöstä nykyään ovat:

• Taide ja arkeologia – pigmenttien, keramiikan ja jalokivien karakterisointi
• Hiilimateriaalit – nanoputkien rakenne ja puhtaus, vian/häiriön karakterisointi
• Kemia – rakenteen, puhtauden ja reaktion seuranta
• Geologia – mineraalien tunnistaminen ja jakautuminen, nestesulkeumat ja faasimuutokset
• Biotieteet – yksittäiset solut ja kudokset, lääkevuorovaikutukset, sairauksien diagnoosi
• Farmaseutiikka – sisällön tasaisuus ja komponenttien jakautuminen
• Puolijohteet – puhtaus, metalliseoksen koostumus, sisäinen jännitys/venymämikroskooppi.

Kiinteiden aineiden, nesteiden ja kaasujen analyysi

Raman-spektrit voidaan saada lähes kaikista näytteistä, jotka sisältävät todellisen molekyylisidoksen. Tämä tarkoittaa, että kiinteät aineet, jauheet, lietteet, nesteet, geelit ja kaasut voidaan analysoida käyttämällä Raman-spektroskopiaa.

Vaikka kaasuja voidaan analysoida Raman-spektroskopialla, molekyylien pitoisuus kaasussa on tyypillisesti hyvin alhainen, joten mittaus on usein haastavampaa. Yleensä tarvitaan erikoislaitteita, kuten tehokkaampia lasereita ja pitkän polun näytekennoja. Joissakin tapauksissa, joissa kaasun paineet ovat korkeat (kuten kaasusulkeumat mineraaleissa), voidaan helposti käyttää Raman-standardia.

Analyysi materiaalien seoksesta

Materiaalin Raman-spektri sisältää Raman-informaatiota kaikista molekyyleistä, jotka ovat järjestelmän analyysitilavuudessa. Siten, jos molekyylejä on sekoitus, Raman-spektri sisältää piikit, jotka edustavat kaikkia eri molekyylejä. Jos komponentit tunnetaan, suhteellisia huippuintensiteettejä voidaan käyttää kvantitatiivisen tiedon tuottamiseen seoksen koostumuksesta. Monimutkaisten matriisien tapauksessa kemometrisiä menetelmiä voidaan myös käyttää kvantitatiivisten menetelmien rakentamiseen.

Lähde