قبل از آنکه در مورد طیف سنجی رامان بیشتر بدانیم، بهتر است با کلیات مبحث طیف سنجی به صورت خلاصه آشنا شویم. نور از طرق مختلف با ماده در تعامل است و از طریق بعضی از مواد منتقل می شود، در حالی که از مواد دیگر منعکس یا پراکنده می شود. هم ماده و هم رنگ (طول موج) نور بر این تعامل تأثیر می گذارد. ما مطالعه این نور را طیف سنجی می نامیم. اینکه کدام بخش های طیف مرئی به چشم ما وارد می شود تعیین کننده این است که ما کدام رنگ را مشاهده میکنیم.

به عنوان مثال، یک ماده ممکن است آبی به نظر برسد، اگر قسمتهای قرمز طیف نوری که بر روی آن قرار دارد را جذب کند، فقط قسمتهای آبی را به چشم ما بازتاب می دهد (یا پراکندگی).

طیف سنجی رامان به نور پراکنده نگاه می کند

با استفاده از طیف سنج رامان، می بینید که اغلب کسری بسیار ریز از نور پراکنده رنگ متفاوتی دارند. این فرکانس تغییر کرده است زیرا در طی فرآیند پراکندگی، انرژی آن با تعامل با لرزش های مولکولی تغییر می یابد. این فرایند پراکندگی رامان است که پس از کاشف آن، فیزیکدان معروف هندی C.V نامگذاری شده است. رامان وی به خاطر این کشف عالی، جایزه نوبل فیزیک سال 1930 دریافت کرد.

با مطالعه لرزش اتمها می توانیم ترکیب شیمیایی و سایر اطلاعات مفید در مورد مواد را کشف کنیم.
اثر رامان بسیار ضعیف است. فقط در حدود 1 قسمت در 10 میلیون از نور پراکنده دارای یک تغییر رنگ است. این برای دیدن با چشم غیر مسلح بسیار ضعیف است، بنابراین ما نور را با طیف سنجی بسیار حساس تجزیه و تحلیل می کنیم.

سیستم طیف سنجی رامان

شامل اجزای زیر است:

  • یک یا چند منبع نور تک رنگ (لیزر)
  • لنزها (هر دو برای متمرکز کردن نور بر روی نمونه و جمع آوری نور پراکنده)
  • فیلترها (برای پاک کردن نور منعکس شده و پراکنده به گونه ای که فقط نور رامان جمع می شود)
  • وسیله ای جهت تقسیم نور به رنگ های تشکیل دهنده آن (به طور معمول توری پراش یا منشور)
  • یک آشکارساز بسیار حساس (برای تشخیص نور ضعیف)
  • کامپیوتر برای کنترل کل سیستم، نمایش طیف و امکان تجزیه و تحلیل این اطلاعات

پراکندگی رامان

پراکندگی رامان هنگامی رخ می دهد که نور با لرزش های مولکولی در تعامل باشد. این بیشتر به طیف سنجی جذب مادون قرمز مشهورتر است، اما قوانین مختلفی دارند. تغییر در قطبش پذیری مولکولی در طول لرزش برای ایجاد اثر رامان مورد نیاز است.
برخی از ارتعاشات را در طیف رامان مشاهده خواهید کرد که در طیف مادون قرمز قابل مشاهده نیست و بالعکس. به عنوان مثال، طیف سنجی رامان برخلاف طیف سنجی جذب مادون قرمز، برای مطالعه اتمهای کربنی که ساختار الماس را تشکیل می دهند بسیار عالی است.

نور پراکنده شده

اولین قدم برای تولید طیف رامان روشن کردن نمونه شما با منبع نور تک رنگ مانند لیزر است.
بیشتر نوری که پراکنده می شود در انرژی بدون تغییر است (‘ریلی پراکنده’). کسری از دقیقه – شاید 1 قسمت از 10 میلیون energy – انرژی خود را از دست داده یا به دست آورده است (“رامان پراکنده”). این تغییر رامان به این دلیل اتفاق می افتد که فوتون ها (ذرات نور) بخشی از انرژی خود را با ارتعاشات مولکولی موجود در مواد تبادل می کنند.
در جائیکه انرژی از بین برود، پراکندگی رامان به عنوان “استوکس” تعیین می شود. در جایی که انرژی به دست می آید، پراکندگی رامان به عنوان “ضد استوکس” تعیین شده است. ما به ندرت از نور ضد استوكس رامان استفاده می كنیم زیرا دارای شدت کمتری نسبت به استوكس است، اما این نشان دهنده ی اطلاعات ارتعاش معادل مولكول است.
پراکندگی رامان

اتم های لرزاننده

تغییر انرژی به فراوانی لرزش مولکول بستگی دارد. اگر بسیار سریع (فرکانس بالا) باشد (اتم های نور همراه با پیوندهای قوی یکدیگر را نگه می دارند) تغییر انرژی قابل توجه است. اگر بسیار آهسته باشد (فرکانس پایین) باشد (اتم های سنگین همراه با پیوندهای ضعیف یکدیگر را نگه میدارند) تغییر انرژی اندک است.