مطيافيّة رامان (RAMAN)
مقدمة:
مطيافيّة رامان هي طريقة مهمة جدًا ومستخدمة على نطاق واسع لتحديد الجزيئات،وتعتمد على تشتت الضوء(ضوء الليزر)عندما يتفاعل مع الجزيئات مما يساهم في تزويدنا بمعلومات عن إهتزاز الروابط (الأواصر) ومعرفة وتقييم بنيتها الهندسية، وتحديد الروابط الكيميائية في المواد. وهو يختلف عن أشعة تحت الحمراء بأنه يمكن استخدامه للجزيئات القطبية وغير القطبية في حين أن الأشعة تحت الحمراء فقط للجزيئات القطبية. يُستخدم بالتزامن مع تحليل FTIR كإضافة لتحديد الخصائص الكيميائية والبنيوية للمواد. في الواقع، يُلاحظ بعض الروابط بشكل جيد في طيف رامان بينما يُلاحظ بعضها الآخر بشكل أفضل في FTIR. يتمتع اختبار رامان بقدرة جيدة على فحص بنى الكربون، مما يجعله طريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة للاختبار المبدئي لهذه البنى مثل أنابيب نانوية، فلور، وغرافين.
مبدأ عمل مطيافية رامان
مطيافية رامان تعتمد على تفاعل الضوء مع المادة، حيث يتم تسليط شعاع ضوء الليزر على العينة. عندما يتفاعل الضوء مع الجزيئات، يحدث تشتت غير مرن (Raman scattering) للضوء، مما يعني أن الطاقة المنقولة من الفوتونات إلى الجزيئات تتغير. يتم تقسيم هذا التشتت إلى نوعين:
تشتت رامان المرن (Rayleigh scattering): يحدث عندما لا يتغير طاقة الفوتون، وهذا لا يحمل معلومات عن التركيب الجزيئي.
تشتت رامان غير المرن (Raman scattering): يحدث عندما يتغير طاقة الفوتون، مما يؤدي إلى نقل الطاقة بين الفوتونات والجزيئات. هذا التغيير في الطاقة يمثل معلومات عن اهتزازات الروابط الكيميائية.
عادةً ما يتم استخدام ليزر ذو طاقة عالية (مثل ليزر الأرجون أو ليزر الياقوت) لتوليد الضوء.
يتم توجيه شعاع الليزر نحو العينة، حيث يتفاعل الضوء مع الجزيئات.
يتم جمع الضوء المنعكس باستخدام عدسات وتوجيهه نحو جهاز تحليل الطيف (مثل تحليل الطيف الضوئي).
يتم تحليل الضوء المنعكس للحصول على طيف رامان، الذي يظهر شدة التشتت عند أطوال موجية مختلفة.
استخدامات مطيافية رامان
مطيافية رامان تُستخدم لتحليل مجموعة متنوعة من العينات، بما في ذلك:
المواد الصلبة: مثل المعادن، والسيراميك، والبوليمرات.
السوائل: مثل المحاليل العضوية والمائية.
المواد النانوية: مثل الجسيمات النانوية والسوائل النانوية.
البيولوجيا: تُستخدم في دراسة الخلايا والأنسجة.
يمكن استخدام الطيف لتحديد المركبات المختلفة بناءً على خصائصها الفريدة، يمكن استخدام شدة القمم لتقدير تركيز المواد في العينة، حيث يمكن تطبيق قانون بير-لامبرت، يمكن أن تشير التغيرات في الطيف إلى تغييرات في التركيب الكيميائي أو الحالة الفيزيائية للعينة.
شروط القياس
يجب أن تكون العينة خالية من الشوائب التي قد تؤثر على النتائج.
تُفضل العينات الصغيرة، ولكن يمكن استخدام كميات أكبر حسب الحاجة.
في حالة المواد الصلبة، قد تحتاج العينة إلى الطحن أو التحضير في شكل مسحوق لتحسين نتائج القياس.
تفسير النتائج
تمثل شدة القمم في الطيف شدة التشتت، وهي مرتبطة بكثافة التركيز للروابط الكيميائية.
يمثل موقع القمم (الأطوال الموجية) معلومات حول نوع الروابط الكيميائية واهتزازاتها. يمكن تحديد المركبات بناءً على هذه المواقع.
يمكن استخدام مطيافية رامان لمراقبة التغيرات في الطيف بمرور الوقت، مما يوفر معلومات عن الديناميات الكيميائية.