главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
     
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия /
  История спектроскопии
  Спектральные диапазоны электромагнитного излучения
  Колебательная спектроскопия
  Рамановская спектроскопия (спектроскопия комбинационного рассеяния)
  Спектроскопические приборы и методики
  Фурье-спектроскопия
  Лазерная спектроскопия
  Области применения спектроскопии
Лазеры
Лазерные системы
Телекоммуникации и связь
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Информация о методе рамановской (КР) спектроскопии

Информация о методе рамановской (КР) спектроскопии

Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР), или Рамановская спектроскопия – спектроскопический метод изучения колебательных, вращательных и иных низкочастотных мод исследуемого вещества в интервале приблизительно от 2 до 4000 см-1, основанный на явлении неупругого (комбинационного, Рамановского) рассеяния монохроматического света в видимом, ближнем УФ или ближнем ИК диапазонах (см. Теория метода КР).
Спектры КР очень чувствительны к природе химических связей – как в органических молекулах и полимерных материалах, так и в неорганических кристаллических решектах и кластерах. По этой причине каждое определенное вещество, каждый материал обладает своим собственным, индивидуальным КР спектром, который явдяется для него аналогом «отпечатка пальцев». Спектры КР органических материалов в основном состоят из линий, отвечающих деформационным и валентным колебаниям химических связей углерода (С) с другими элементами, как правило, водородом (H), кислородом (O) и азотом (N), а также характеристическим колебаниям различных функциональных групп (гидроксильной -OH, аминогруппы -NH2 и т.д.). Эти линии проявляются в диапазоне от 600 см-1 (валентные колебания одинарных С-С связей) до 3600 см-1 (колебания гидроксильной -OH группы). Кроме того, в спектрах ряда органических соединений в диапазоне 250-400 см-1 проявляются деформационные колебания алифатических цепочек.
Спектры КР кристаллических решеток содержат линии, соответствующие рассеянию излучения на коллективных возбужденных состояниях решетки, которые в физике твердого тела рассматриваются как квазичастицы. Наиболее распространены КР-активные переходы с участием оптических и акустических фононов, плазмонов и магнонов.
Спектры КР двухатомных газов состоят из линий, отвечающих вращательным и колебательно-вращательным переходам.
Основные преимущества метода КР:
- неразрушающий;
- бесконтактный;
- не требующий подготовки пробы;
- анализ твердых материалов и жидкостей, в определенных случаях – также газов;
- достаточно быстрый анализ (от секунд до минут);
- возможность удаленного бесконтактного анализа (для систем с оптическим волокном);
- возможность работы с водными растворами (нет наложения сигнала воды как в ИК спектрометрии);
- применяются недорогие кварцевые или стеклянные кюветы (не требуется солевая оптика как в ИК спектрометрии);
- возможность контроля температуры/давления/влажности в ячейках, криостатах;
- возможность картографирования образцов с высоким латеральным разрешением до 1 мкм (для Рамановких спектрометрах с конфокальным микроскопом);
- возможность сканирования по глубине образца, прозрачного в выбранном диапазоне, с проникновением вглубь от 0.1 до 10 мкм (в зависимости от частоты источника излучения);
- возможность одновременного получения спектров КР и фотолюминесценции;
- возможность комбинирования КР с ИК-Фурье, системой измерения времени жизни флуоресценции, сканирующим электронным микроскопом СЭМ/катодолюминесценцией, атомно-силовым микроскопом АСМ.
Рамановские спектрометры и микроскопы находят широкое применение:
- в материаловедении для исследования любых типов неорганических и органических материалов, включая полупроводниковые элементы;
- в нанотехнологиях для исследования любых типов наноструктур;
- в геммологии, минералогии для изучения драгоценных камней, минералов;
- в органической химии для изучения механизмов реакций и характеризации продуктов синтеза;
- при разработке и контроле различных производственных процессов;
- при проведении криминалистической и таможенной экспертиз;
- в фармацевтике при разработке и контроле производства таблетированных форм и кремов;
- в косметологии для оценки эффективности косметических средств;
- в биологии для изучения культур микроорганизмов, клеточных культур, тканей и природных волокон.
Рамановская спектроскопия является одним из наиболее мощных аналитических методов, применяемых при исcледовании и разработке новых материалов: композитных, полупроводниковых, сверхпроводниковых, наноструктурных. Рамановский микроскоп позволяет наблюдать самые тонкие молекулярные эффекты непосредственно, визуально, соотнося изображение оптического или электронного микроскопа с двумерной или трехмерной картой, построенной по линиям в спектре КР.
Типовые приложения Рамановской спектроскопии в области материаловедения и нанотехнологий:
- изучении эффектов легирования полупроводников;
- получении распределений напряжений на субмикронном уровне;
- определении дефектов решетки;
- определении степени структурного беспорядка;
- изучении сверхпроводниковых свойств;
- определении среднего размера кластеров;
- определении размера и хиральности нанотрубок;
- изучении фотолюминесценции и катодолюминесценции;
- идентификации и исследовании структуры различных материалов, пленок, волокон;
- изучении процессов коррозии.
Одним из направлений в современных нанотехнологиях является синтез, модифицирование и практическое использование углеродных наноматериалов, в том числе нанотрубок (НТ). Спектр КР сильно зависят от диаметра, хиральности НТ и длины волны источника изучения. Сдвиг КР, особенно радиальной дышащей моды (РДМ), которая отсутствует в графитовых материалах, соотносится с диаметром НТ и шириной запрещенной зоны. Спектр фотолюминесценции нанотрубок также сильно зависит от их диаметра и хиральности. На рисунке показаны основные колебательные моды НТ.
Основные приложения Рамановской спектроскопии в минералогии:
- идентификация минералов;
- определение их фазового состава;
- характеризация драгоценных камней;
- изучение жидких и газообразных включений в драгоценных камнях.
В искусстве и археологии КР применяется для неразрушающей идентификации пигментов (в картинах, манускриптах, фресках), грунтовок (в картинах), керамики, материалов, применявшихся при строительстве и т.д.
Поскольку Рамановская спектроскопия обеспечивает проведение бесконтактных и удаленных определений, и при этом полностью совместима с анализом водных образцов, данный метод оптимален для контроля состава:
- растворов и реакционных смесей;
- эмульсий;
- паст и суспензий;
- парогазовых смесей в реакторах и над твердыми веществами;
- сливных жидкостей, жидких отходов.
КР может применяться при контроле различных технологических процессов. Метод также широко применяется в органической химии и химии полимеров для:
- on-line слежения за протеканием реакций органического синтеза и полимеризации в режиме реального времени;
- в комбинаторной химии;
- для исследования новых покрытий и контроля процесса их нанесения;
- для определения степени кристалличности и ориентации в полимерных пленках;
- для исследования структуры композиционных полимерных материалов, многослойных полимерных пленок;
- для измерения распределения напряжений в искусственных волокнах и пленках;
- для профилирования полимерных покрытий по глубине;
- исследования кинетики высыхания (набухания) полимерных пленок.
Спектры КР полимеров дают также информацию об ориентации заместителей в бензольном кольце, что может применяться для исследования процессов сшивки в полистиролах, полиэтилентерефталатах и т.д.
В криминалистике Рамановская спектроскопия может применяться для идентификации:
- красок, чернил (авария автомобилей, идентификация рисунка);
- полимерных пленок, различных волокон, твердых включений, стекол;
- взрывчатых, наркотических, отравляющих веществ;
- состава взрывчатых смесей, порохов.
Рамановская спектроскопия является идеальным инструментом in-vivo исследований биологических образцов, поскольку является методом:
- неразрушающим;
- не требующим подготовки пробы;
- совместимым с применением водных буферных растворов;
- при применении ИК источников возбуждения – обеспечивающим отсутствие флуоресценции.
В частности, приложения КР в биологии включают исследование культур микроорганизмов, клеточных культур, тканей (в том числе кожи), природных волокон, изучение процессов взаимодействия лекарственных средств с живой клеткой, изучения раковых опухолей и т.д.
В фармацевтике и косметике Рамановская спектроскопия применяется:
- для определения распределения компонентов в таблетированных формах и кремах при контроле процесса их изготовления;
- при подтверждении идентичности исходного сырья;
- в различных in-vivo исследованиях, к примеру, при изучении распределения лекарственных соединений по глубине кожи.

Источник: Nytek Instruments («Найтек Инструментс»)

 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru