QUANG PHỔ RAMAN LÀ GÌ? ỨNG DỤNG PHỔ RAMAN TRONG PHÂN TÍCH

GIỚI THIỆU VỀ PHỔ RAMAN & ỨNG DỤNG CỦA NÓ

ITS Việt Nam là đại lý chính thức và độc quyền của hãng Bruker, chuyên cung cấp máy quang phổ Raman cầm tay và để bàn. Vui lòng liên hệ để biết thêm chi tiết, hotline : 097 5871094

– Khi chiếu chùm bức xạ tán xạ vào một tấm kính ảnh, ta nhận được một dãi vạch khác nhau, gọi là phổ Raman. Tuy nhiên, so với các quá trình tán xạ đàn hồi ( năng lượng của photon không đổi ) thì xác suất xảy ra tán xạ Raman là rất nhỏ.

– Để quan sát được vạch Raman, ta phải: tăng cường vạch Raman và tách vạch Raman khỏi vạch chính.Hiệu số tuyệt đối: /tần số ánh sáng tới – tần số ánh sáng tán xạ/ = tần số Raman. Đây là tần số chỉ phụ thuộc vào bản chất của chất tán xạ. Vì vậy, phổ Raman ghi theo tần số Raman (hoặc số sóng Raman) đặc trưng cho cấu tạo các hợp chất hoá học hiện diện trong phân tử.Việc tách phổ có thể thực hiện khá đơn giản bằng một kính lọc, hay phức tạp hơn một chút là phép biến đổi Fourier.

– Hệ biến đổi Fourier là một hệ phổ biến trong ngành quang học và quang phổ, người ta dùng một hệ giao thoa kế Michealson với một gương có thể dịch chuyển. Độ dịch chuyển của gương có thể điều khiển chính xác nhờ hệ vân giao thoa của một laser có bước sóng cho trước. Dựa vào độ dịch của gương, ta có thể có hàm Fourier của nguồn sáng cần nghiên cứu. Để có được cường độ vạch Raman lớn, cách đơn giản nhất là chiếu chùm sáng tời với cường độ lớn ví dụ như dùng Laser để chiếu.

– Hiện nay có 2 phương pháp cộng hưởng thường được áp dụng trong tán xạ Raman để khuyếch đại vạch Raman lên. Phương pháp đầu tiên được dùng là CARS, viết tắt của Coherent Antistokes Raman Scattering. Nguyên tắc của phương pháp này là chiếu hai chùm sáng (laser) có độ chênh lệch năng lượng và xung lượng đúng bằng năng lượng và xung lượng của lượng tử dao động. Tương tác giữa hai chùm này sẽ làm số hạt lượng tử dao động tăng lên nhiều, dẫn đến xác suất va chạm không đàn hồi tăng lên ( giống như trường hợp phát xạ hấp thu ánh sáng của nguyên tử, trong trường photon lớn thì xác suất bức xạ hay hấp thụ tăng). Phương pháp thứ hai là SERS ( Surface Enhanced Raman Scattering), tăng cường độ vạch Raman bằng plasmon bề mặt (surface plasmon). Plasmon bề mặt là một dạng lượng tử của trường điện từ trong môi trường plasma có hằng số điện môi âm, ví dụ như trong kim loại với tần số sóng điện từ nhỏ hơn tần số plasma của electron trong kim loại. Khi sóng điện từ truyền dọc bề mặt một tấm kim loại với tần số sóng nhỏ hơn tần số plasma của electron trong kim loại, tương tác của sóng và plasma electron ( một trạng thái mà tất cả các electron chuyển động như một thể thống nhất) làm sóng điện từ có thể thâm nhập vào môi trường ( gần bề mặt) và định xứ ở đó. Dùng surface plasmon có thể tăng cường độ điện trường một cách cục bộ, vì thế, khi đưa nguyên tử cần đo phổ Raman vào khu vực điện trường cao đó, tương tác giữa nguyên tử và trường điện từ sẽ mạnh hơn, dẫn đến phổ Raman có cường độ lớn hơn. Phương pháp SERS hiệu quả hơn CARS rất nhiều, nhưng lại rất khó thực hiện vì phụ thuộc nhiều vào tính chất bề mặt kim loại và tần số plasma của kim loại.

Nếu năng lượng của photon rất lớn thì nó tương tác với các electron nằm sâu trong orbital nguyên tử. Nếu năng lượng nhỏ hơn một chút thì tương tác với các electron ở mức cao hoặc electron tự do, sinh ra hiệu ứng quang dẫn hay Quang điện. Còn nếu nhỏ quá, trong trường hợp kim loại, thì photon sẽ bị phản xạ hoàn toàn nếu tần số nhỏ hơn tần số plasma của kim loại.Nhận thấy rằng, các mức thay đổi trong phổ Raman cũng tương ứng với các mức năng lượng trong phổ hồng ngoại. Do đó, có một số tần số dao động có thể xuất hiện trong cả phổ hồng ngoại và phổ Raman.

– Phổ hồng ngoại: các phân tử khi hấp thu năng lượng của ánh sáng kích thích ở vùng hồng ngoại sẽ quay quanh trục của chúng. Phổ hồng ngoại chỉ có thể áp dụng được với các liên kết có moment lưỡng cực.

Đối với các liên kết không có momen lưỡng cực thì chúng ta chỉ có thể thấy rõ trên phổ Raman. Vd: liên kết C=C có cường độ yếu hoặc đôi khi vắng mặt trong phổ hồng ngoại nhưng lại xuất hiện rõ trong phổ RamanDo đó, thông tin của phổ Raman và phổ hồng ngoại bổ trợ cho nhau, giúp chúng ta hiểu biết đầy đủ hơn về mẫu.

ỨNG DỤNG CỦA MÁY QUANG PHỔ RAMAN

Phổ Raman dùng để định tính và định lượng mẫu: Các dao động không xuất hiện trong phổ hồng ngoại thường xuất hiện trong phổ Raman. Phổ Raman có các ưu thế như: ghi mẫu đơn giản hơn phổ hồng ngoại, cuvette chỉ cần làm bằng ống thuỷ tinh, có thể ghi dung môi là nước, acidPhương pháp Raman thích hợp để nghiên cứu các hợp chất vô cơ vì phần lớn các chất vô cơ chỉ tan trong nước và vùng phổ của chất vô cơ từ 700-100 cm-1 có cường độ mạnh trong phổ Raman.Khi cần định xác định các chất có nồng độ thấp tan trong nước, phổ Raman hoàn toàn thích hợp trong khi phổ hồng ngoại không thể đo được vì cường độ hấp thu của nước trong phổ hồng ngoại quá lớn.

    +  Có thể đặt trong phòng lab di động để phân tích tại hiện trường.