ТЕГИ
Рамановская спектроскопия — наночастицы золота
Рамановская спектроскопия — наночастицы золота, чтобы сделать спектроскопическую «подпись» опасного инсектицида более четкой и определять его в следовых количествах, исследователи из Китая использовали наночастицы золота.
Циклодекстрин способствует связыванию инсектицида с наночастицами золота. (Рисунок из J. Mater. Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0jm00040j)
Инсектициды могут достаточно динамично распространяться в пределах экологических систем, отрицательно влияя на окружающую среду даже в небольших концентрации. Метилпаратион (О,О-Диметил-О-4-нитрофенилтиофосфат, метафос) – высокотоксичный для теплокровных фосфорорганический инсектицид, который применяется против насекомых и растительноядных клещей. Существуют методы определения метилпаратиона в почве, грунтовых водах и пище, однако необходима разработка метода, в котором сочетались бы высокая чувствительность, селективность, дешевизна и простота в использовании.
Джин Вонг (Jin Wang) с коллегами из Академии Наук Китая разработали быстрый, чувствительный и практический подход для определения метилпаратиона. Исследователи получили наночастицы золота и модифицировали их поверхность моно-6-тио-β-циклодекстрина, положив в основу такой модификации прочные химические связи, возникающие между атомами золота и серы. Молекулы циклодекстрина покрывают практически всю поверхность наночастицы золота, обеспечивая связывание с молекулами инсектицида, удерживая метилпаратион около поверхности золота. Для работы исследователи использовали наностержни золота.
Метод SERS — детектировать свет молекул
Метод, предложенный Вонгом для обнаружения инсектицида, основан на известной разновидности колебательной спектроскопии – поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии [surface enhanced Raman scattering (SERS)]. Метод SERS позволяет детектировать свет, рассеиваемый молекулами, находящимися около поверхности наночастицы благородного металла. В разработанной системе наночастицы золота играют роль своеобразных громоотводов, умножающих поток входящих и исходящих фотонов, золото усиливает сигналы от колебаний инсектицида. Стержневая форма наночастиц золота была выбрана не случайно – исследования показали, что такие объекты, соотношение длины которых к ширине равно 2, являются более эффективными в качестве подложки для усиления сигнала в спектре SERS инсектицида.
Вонг поясняет, что в спектрах различных молекул линии, соответствующие колебанию различных структурных элементов молекулы характеризуются определенным положением, формой и интенсивностью, что позволяет рассматривать их как «отпечатки пальцев» вещества, что позволяет определять интересующие нас органические вещества, в том числе и пестициды, в следовых количествах. Метилпаратион связывается с модифицированными наночастицами прочнее, чем к немодифицированным, что позволяет получать более интенсивный сигнал в спектре SERS.
Благодаря эффективному образованию комплексов гость-хозяин между гибридной полостью циклодекстрин-наночастица и метилпаратионом появляется возможность обнаружения пикомолярных концентраций инсектицида. Высокая чувствительность и селективность нового метода позволяет говорить о нем, как о простом и перспективном подходе для обнаружения некоторых инсектицидов в образцах почвы и продуктов питания; возможно, что со временем метод может вытеснить некоторые из существующих сейчас.
В настоящее время в группе Вонга ведутся разработки альтернативных циклодекстриновых структур, которые могут найти применение для обнаружения других пестицидов, взрывчатых веществ и других органических соединений методом SERS.(J. Mater. Chem., 2010, DOI: 10.1039/c0jm00040j)
Введение Излучение, рассеиваемое молекулами — Сэр Раман
В 1928 году Сэр Раман открыл явление неупругого рассеяния света. Излучение, рассеиваемое молекулами, содержит фотоны той же частоты, что и падающее излучение, а также некоторое количество фотонов с измененной или смещенной частотой. Спектроскопический процесс измерения этих смещенных фотонов был назван в честь Сэра Рамана, само изменение частоты известно как «эффект Рамана» (Рамановский эффект), а излучение со смещенными частотами называют «Рамановским излучением». К концу 1930х гг. Рамановская спектроскопия стала основным методом неразрушающего химического анализа.
ИК спектроскопия вытеснила Рамановскую спектроскопию после Второй Мировой войны, когда развитие чувствительных ИК детекторов и достижения в области электроники сделали ИК спектроскопию более простой в использовании. Измерения с помощью ИК спектроскопии стали рутинными, тогда как для Рамановской спектроскопии все еще требовалось сложное оборудование, квалифицированные операторы и наличие темной комнаты.
С развитием лазеров в 1960х гг. вновь возник интерес к рамановскому методу, но его применение ограничивалось исследовательскими лабораториями. Все еще требовались квалифицированные операторы для сбора простых спектров, а сам процесс был довольно трудоемким.
Последующие события, такие, как появление более дешевых и чувствительных CCD матриц (Charge Coupled Devices, CCD), голографических фильтров и рамановской спектроскопии с Фурье-преобразованием (FT-Raman), положили начало возрождению рамановской спектроскопии как рутинного лабораторного метода.
Сегодня, наиболее совершенные Раман-спектрометры представляют собой единые модули с компьютерным управлением, оснащенные автоматической блокировкой лазера, имеют автоматические процедуры калибровки и широкий набор спектральных библиотек. Эти преимущества делают процедуру получения и использования Раман-спектров рутинным процессом.
Теория — облучение монохроматическим светом
В Рамановской спектроскопии образец облучается монохроматическим светом (источником обычно является лазер). Большая часть рассеянного образцом излучения будет иметь ту же частоту, что и падающая – процесс известен как Рэлеевское рассеяние. Тем не менее, некоторое количество излучения, рассеянного образцом, примерно один фотон из миллиона (0.0001 %) – будет иметь частоту, смещенную по отношению к частоте исходного излучения лазера.
энергетических состояний, молекула в невозбужденном состоянии находится на основном нижнем уровне (основное колебательное и электронное состояние). Электрическое поле лазера повышает энергию системы до нестабильного состояния, индуцируя поляризацию химических групп. Поляризованное состояние не является истинным энергетическим состоянием и называется «виртуальным состоянием». Релаксация из виртуального состояния происходит почти немедленно и в основном происходит возвращение в основное состояние. Этот процесс и является Рэлеевским рассеянием. Релаксация на первый колебательный уровень возбуждения называется Стокс-Раман сдвигом (Stokes-Raman shift). Стокс-Раман рассеяние имеет более низкую энергию (более высокую длину волны), чем излучение лазера. Большинство систем имеют часть единиц (молекул), изначально находящихся в возбужденном колебательном состоянии.
Анти-Стокс-Раман сдвиг — anti-Stokes-Raman scatter
При Рамановском рассеянии такие молекулы переходят из возбужденного колебательного уровня на основной энергетический уровень, и в результате появляется излучение более высокой энергии (более короткой длины волны), чем излучение лазера. Такой тип рассеяния называется анти-Стокс-Раман сдвигом (anti-Stokes-Raman scatter) и на диаграмме не показан.
Колебательные состояния, исследуемые в Раман спектроскопии, являются такими же, что и в ИК спектроскопии. Поэтому Раман спектроскопия очень похожа на метод ИК спектроскопии с Фурье преобразованием (ИК-Фурье спектроскопия). Раман и ИК-Фурье спектроскопия являются по сути комплементарными, взаимно дополняющими методами. Колебания, которые сильно проявляются в ИК спектре (сильные диполи) обычно слабо проявляются в Раман спектре. В тоже время, неполярные функциональные группы, дающие очень интенсивные Рамановские полосы, как правило, дают слабые ИК сигналы.
Например, колебания гидроксильных, карбонильных групп или аминогрупп очень сильно проявляются в ИК спектре и очень слабы в Раман спектре. Однако, двойные и тройные углерод-углерод связи и симметричные колебания ароматических групп очень сильны в Раман спектре. В связи с этим Рамановская спектроскопия используется не только как отдельный метод, но и в сочетании с ИК-Фурье спектроскопией для получения наиболее полного представления о природе образца.
Колебательная спектроскопия дает ключевую информацию о структуре молекул. Например, положение и интенсивность полос в спектре может использоваться для изучения молекулярной структуры или химической идентификации образца.
В результате анализа можно идентифицировать химические компоненты (определять природу вещества) или изучать внутримолекулярные взаимодействия, наблюдая положение и интенсивность полос в Раман спектре. При этом достаточно просто идентифицировать компоненты, используя поиск по библиотекам спектров. Раман спектры идеально подходят для поиска по библиотекам, благодаря большой спектральной информации, наличию области «отпечатков пальцев» для каждого компонента и простоте алгоритмов поиска.
Рамановская спектроскопия преимущества и аналитические методы
Рамановская спектроскопия имеет значительные преимущества по сравнению с другими аналитическими методами. Важнейшими из них являются простота пробоподготовки и большой объем получаемой информации. Рамановская спектроскопия — метод, основанный на рассеянии света, поэтому все, что требуется для сбора спектра – это направить падающий луч точно на образец, а затем собрать рассеянный свет.
Толщина образца не вызывает проблем для Раман спектроскопии (в отличие от ИК спектроскопии при анализа образцов на пропускание), также окружающая атмосфера вносит незначительный вклад в Раман спектры. Поэтому не требуется вакуумирование или осушка кюветного отделения для образцов. Стекло, вода, и пластиковая упаковка сами по себе имеют очень слабые рамановские спектры, что еще более упрощает использование метода. Часто образцы можно анализировать прямо в стеклянной бутылке или пластиковом пакете, не открывая упаковку и без риска загрязнения. Водные растворы готовы для анализа, не требуется удалять воду для анализа растворенного образца, а поскольку атмосферная влажность не играет роли, нет необходимости продувать спектрометр.
Более того, не существует двух молекул, которые имеют одинаковые Рамановские спектры, а интенсивность рассеянного света связана с количеством вещества. Это позволяет просто получать как количественную, так и качественную информацию об образце, дает возможность интерпретировать спектр, пользоваться библиотекой спектров, обрабатывать данные с применением компьютерных методов количественного анализа.
Рамановская спектроскопия – это неразрушающий метод анализа. Нет необходимости растворять твердые тела, прессовать таблетки, прижимать образец к оптическим элементам или иным образом менять физическую или химическую структуру образца. Таким образом, рамановская спектроскопия широко используется для анализа таких физических свойств, как кристалличность, фазовые переходы и полиморфные состояния. Отсутствие пробоподготовки приводит к отсутствию необходимости очистки подложек и держателей, а также отсутствию перекрестного загрязнения.
Рамановская спектроскопия имеет несколько дополнительных преимуществ по сравнению с другими колебательными методами, поскольку спектральный диапазон не зависит от изучаемых колебательных особенностей. Другие колебательные методы требуют набора частот, который напрямую соответствует изучаемым частотам. Рамановская спектроскопия является наилучшим выбором для исследователей, поскольку работает в широком диапазоне от УФ до ближней ИК области, позволяя выбрать наиболее удобный диапазон для данного образца и получения наилучших результатов. Рамановская спектроскопия позволяет изучать колебательные состояния, связанные с частотами в дальней инфракрасной области, которые трудно изучать другими методами. Раман микроскопы имеют пространственное разрешение лучше 1 мкм, Раман спектрометры работают с волоконной оптикой, позволяя получать информацию о колебательных состояниях в диапазоне длин волн от 2 до 100 мкм. Получение таких результатов с использованием собственных частот является почти неразрешимой задачей, но Раман делает это легко.
Раман спектрометры основаны на одном из двух способов получения спектров: дисперсионная Раман спектроскопия или Раман спектроскопия с Фурье преобразованием. Каждый из способов имеет уникальные преимущества и идеально подходит для выполнения определенных задач.
Дисперсионная Раман спектроскопия
Для получения Рамановского спектра необходимо разделить собранное рассеянное излучение на отдельные длины волн. В дисперсиионных Раман спектрометрах это выполняется фокусированием Раман сигнала на решетке, которая пространственно разделяет излучение на различные длины волн. Этот разделенный луч направляется на CCD детектор.
Дисперсионный Раман обычно использует лазеры в видимой области. Типичные длины волн лазеров 780 нм, 633 нм, 532 нм и 483 нм, хотя могут использоваться и другие. Одним из преимуществ использования более коротковолновых лазеров является увеличение Рамановского сигнала, которое происходит при более коротких длинах волн. Эффективность Рамановского рассеяния пропорциональна 1/λ4, поэтому происходит значительное увеличение сигнала при уменьшении длины волны излучения лазера.
На первый взгляд представляется, что Раман спектрометры должны использовать более коротковолновые лазеры. Однако существует явление, которое препятствует широкой практике использования Рамановской спектроскопии – это непредсказуемая флуоресценция. Флуоресценция представляет собой сильное излучение образца, которое в несколько раз сильнее, чем Рамановский сигнал, даже незначительная флуоресценция может перекрывать исследуемый Рамановский сигнал.
Флуоресценция происходит, если виртуальный энергетический уровень перекрывает верхний электронный уровень. Таким образом, при увеличении энергии лазера (более короткие длины волн) увеличивается и вероятность флуоресценции. Это явление зависит от длины волны возбуждающего лазера. Поэтому образцы, флуоресцирующие на одной длине волны, могут не флуоресцировать на других длинах волн. Поэтому при выборе прибора очень важно принимать во внимание насколько быстро и просто можно произвести смену возбуждающих лазеров.
Решетка имеет сильное влияние на спектральное разрешение и светопропускание. Решетки имеет большое количество штрихов или прорезей, «выжженных» на поверхности, которые рассеивают входящее излучение. Чем выше число штрихов на решетке, тем шире угол дисперсии выходящего излучения.
Для приборов высокого разрешения необходимо иметь решетку с большим количеством штрихов (например, 1800 или 2400 линий/мм), что позволяет различать близкие длины волн. Для приборов с низким разрешением нужны решетки с меньшим количеством штрихов (300 или 600 линий/мм). Чем выше дисперсия выходящего излучения, тем больше зона на детекторе, на которой расположены все длины волн.
Для детекторов с фиксированным размером существует значение (разрешение), выше которого не все Рамановские длины волн попадают на детектор. В случае более высокой дисперсии (более высокого разрешения) необходимо передвигать либо решетку, либо детектор, чтобы последовательно собирать области спектра.
Отклик решетки также зависит от длины волны, поэтому дисперсия (разрешение) по оси длин волн не линейна, и дисперсия становится выше при более высоких волновых числах (см-1). По этой причине спектральное разрешение должно быть указано для определенных волновых чисел и может изменяться вдоль спектра.
В заключение, решетки выжигаются для оптимального светопропускания в относительно узком спектральном диапазоне, поэтому они должны выбираться с зависимости от желаемого разрешения и соответствовать длине волны лазера. Использование одной решетки для больше чем одного лазера или разрешения требует компромисса в светосиле прибора и чувствительности. Идеально, решетки должны быть подобраны в соответствии с лазером и условиями эксперимента.
Детекторы CCD, обычно используемые для дисперсионных Раман спектрометров, представляют собой кремниевые устройства с очень высокой чувствительностью. Детектирующая поверхность CCD представляет собой двумерную матрицу светочувствительных элементов, которые называются пикселями (обычно каждый пиксель менее 30 мкм). Каждый пиксель работает как индивидуальный детектор, поэтому каждая рассеянная длина волны детектируется определенным пикселем (или близко расположенной группой пикселей).
CCD детекторы имеют отклик по широкому диапазону длин волн, обычно от 400 до 1000 нм. Специальные детекторы имеют отклик до 1100 нм или ниже УФ диапазона. Для дисперсионных Рамановских спектрометров с лазером 780 нм отклик в области 3000 см-1 (валентные C-H колебания в спектре) являются результатом излучения 1018 нм. Многие обычные CCD матрицы имеют очень слабые отклики для высоких волновых чисел лазеров в ближней ИК области, а для более высоких волновых чисел CCD детекторы не применимы. Для получения максимума информации из Рамановского спектра, важно получать спектр во всем диапазоне от 100 до 3100 см-1 при всех длинах волн лазера.
Рамановская Микроскопия — анализировать мелкие образцы, апертур
При сочетании силы и чувствительности Рамановской спектроскопии и микроскопии можно получить ряд значительных преимуществ для анализа очень мелких образцов. Цель микроскопии – анализировать как можно более мелкие образцы и выявлять интересующее вещество в его окружении. Этот параметр называется пространственным разрешением. В микроскопии более высокое пространственное разрешение достигается использованием малых пропускающих отверстий или «апертур», установленных где-либо в микроскопе.
Для более высоких разрешений необходимо использовать меньшие апертуры. При прохождении излучения через эти малые апертуры лимитирующим фактором становится дифракция. Следовательно, дифракция ограничивает пространственное разрешение, которое зависит от длины волны в соответствии с уравнением:
Возбуждающее излучение с более короткими длинами волн обеспечивает более высокое пространственное разрешение (<1 мкм).
В дополнение, при установке достаточно малой апертуры в фокальную плоскость микроскопа возможно проведение конфокальной микроскопии, при этом излучение от соседних с образцом областей блокируется апертурой, и только излучение от оптической фокальной точки (образца) попадает на детектор. Это очень полезный и удобный метод для проведения неразрушающего анализа по глубине образца, без приготовления поперечных срезов.
Конфокальная микроскопия лучше всего работает в дисперсионных Рамановских микроскопах в области коротких длин волн, т.к. дифракция на больших длинах волн ограничивает минимальный размер конфокальной апертуры и, следовательно, ограничивает разрешение по оси Z. Этот метод анализа очень удобен для исследования полимерных ламинатов, многослойных материалов и включений, если нет флуоресценции образца.
Фурье-Раман Спектроскопия
Рамановская спектроскопия с Фурье преобразованием была разработана для преодоления проблем, которые обычно встречаются в дисперсионной Рамановской спектроскопии. Одно из важных преимуществ Фурье-Раман спектроскопии заключается в практически полном отсутствии флуоресценции образцов.
Фурье-Раман спектрометры используют возбуждающий лазер 1 мкм, интерферометр и высоко чувствительный детектор в ближнем ИК диапазоне. При использовании возбуждающего лазера с большей длиной волны снижается энергия, поэтому виртуальное состояние ниже и меньше вероятность наложения высоких электронных уровней. Это значительно снижает возникновение мешающей флуоресценции.
В Фурье-Раман спектроскопии используют индий галлий арсенид (InGaAs) детектор или охлаждаемый жидким азотом германиевый (Ge) детектор. Это очень чувствительные детекторы, но тем не менее они менее чувствительны по отношению к излучению в ближней ИК области, чем CCD детектор по отношению к видимому излучению. Для обеспечения достаточной чувствительности при получении функциональной спектральной информации из сигнала низкой чувствительности необходимы преимущества Фурье преобразования.
В силу преимуществ спектроскопии с Фурье преобразованием, Фурье-Раман спектрометры предлагают:
• Высокое разрешение с минимальной потерей светопропускания
• Измерение всех длин волн одновременно
• Улучшенное соотношение сигнал-шум при усреднении сигнала
• Превосходная точность установки длин волн из-за внутренней калибровки интерферометра
Фурье-Раман спектроскопия использует интерферометр для получения интерферограммы, которая «кодирует» уникальные частоты Рамановского рассеяния в единичный сигнал. Сигнал измеряется очень быстро (обычно в течение одной секунды), производя усреднение сигнала быстро и точно.
Интерферометр работает со светоделителем, оптимизированным для излучения в ближней ИК области, который делит входящее Рамановское излучение на два оптических луча, проходящий и отраженный. Отраженный луч проходит и отражается от фиксированного плоского зеркала. Проходящий луч проходит и отражается от плоского зеркала, которое закреплено на подвижном механизме, при этом зеркало перемещается на небольшое расстояние (обычно несколько миллиметров) от светоделителя.
Два луча затем рекомбинируют на светоделителе, при этом за счет разности расстояний между зеркалами лучи интерферируют друг с другом. Поскольку подвижное зеркало имеет постоянную частоту и движется, то интерференция модулируется. Получаемая интерферограмма уникальна, поскольку каждая точка данных (функция положения подвижного зеркала) имеет информацию о каждой частоте Рамановского рассеянного излучения, полученного от данного образца.
Колебательные спектры обычно представляют как спектры частот (график зависимости интенсивности при каждой индивидуальной частоте), поскольку измеренный сигнал интерферограммы не интерпретируется. Индивидуальные частоты декодируются из интерферограммы с использованием хорошо известного математического алгоритма Фурье преобразования. Это преобразование выполняет компьютер, и на экран выводится желаемая
Дисперсионный Раман или Фурье-Раман?
Ответ, фактически, можно было бы дать такой – оба метода. Получаемая спектральная информация практически одинакова для дисперсионной и Фурье-Раман спектроскопии, оба метода включают преимущества Рамановской спектроскопии. Однако, в зависимости от ситуации, может быть предпочтительней один или другой метод. В целом, дисперсионный Раман предлагает больше возможностей для микроскопического применения из-за более высокой чувствительности. Фурье-Раман имеет преимущество при анализе образца в массе из-за отсутствия флуоресценции, точности по волновому числу и стоимости оборудования. Ниже приведены дополнительные причины, которые могут помочь выбрать между дисперсионным и Фурье-Раман методом.
Направления применения дисперсионной Раман спектроскопии
Дисперсионная Раман спектроскопия применяется для анализа широкого круга образцов. Лазеры с более короткими длинами волн и более чувствительными CCD детекторами делают метод идеальным для анализа микрокомпонентов, имея более низкие пределы обнаружения для таких приложений, как анализ примесей в растворах, полимерах или экологических образцах.
Основные применения Раман спектроскопии с лазерами в видимой области – полупроводники и электроника, где исследуются кремний и различные покрытия на кремниевых пластинах. Анализ методом дисперсионной Раман спектроскопии кремниевых изделий дает информацию о сравнительном напряжении и сдвиговом напряжении кремния, а также других важных для качества изделия свойствах. Учитывая уменьшение размеров кремниевых устройств, очень важным является пространственное разрешение дисперсионной Раман спектроскопии. Фурье-Раман в этом случае не применяется, поскольку оксид кремния (и многие другие оксиды металлов) флуоресцируют при возбуждении лазером в ближней области. Большинство анализов методом дисперсионной Раман спектроскопии используют лазер 633 нм или более коротковолновые лазеры, чтобы удалиться достаточно далеко от лазеронаведенной флюоресценции в ближней ИК области.
Дисперсионная Раман спектроскопия становится все более и более популярной в фармацевтических и биохимических исследованиях. Это связано с возникновением новых исследовательских задач, таких как исследование единичных кристаллов и картографирование биологических тканей с высоким пространственным разрешением. Поскольку эти материалы могут флуоресцировать, то рекомендуется использовать лазер 780 нм. Более длинноволновой лазер 830 нм также может использоваться для сильно флуоресцирующих материалов, но ограничения детектора для такого лазера значительно сокращают спектральный диапазон.
Рамановская спектроскопия позволяет исследовать колебательные спектры водных растворов. Хотя Фурье-Раман также используется для анализа водных растворов, но вода имеет достаточно сильные взаимодействия в ближней ИК области. Поэтому излучение лазера и Рамановское рассеяние влияют на поглощение воды. Дисперсионная Раман спектроскопия с возбуждающими лазерами в видимой области зачастую более чувствительна для водных образцов, поскольку поглощение воды не присутствует в спектре образцов.
Дисперсионный Раман часто является очень мощным инструментом для исследования темных образцов, таких как углерод или сильно окрашенные образцы. Многие другие методы имеют сложности при возникающем нагревании таких образцов (полное поглощение), однако такой эффект часто отсутствует при использовании дисперсионной Раман спектроскопии благодаря возможности снижения мощности лазеров.
Дисперсионная Раман спектроскопия широко используется для неорганического анализа и идентификации в геологии и геммологии, поскольку, как правило, отсутствует флуоресценции оксидов металлов, которую можно наблюдать в Фурье-Раман спектроскопии. Конфокальный анализ также используется для анализа включений в камнях и минералах, путем фокусировки луча на локальной зоне внутри образца.
Многослойные полимерные ламинаты, многослойные краски и другие образцы, которые необходимо проанализировать по глубине, также являются хорошими образцами для конфокальной Раман микроскопии. При отсутствии флуоресценции наилучшее аксиальное разрешение и чувствительность достигаются для лазера 532 нм. Но лазеры с большей длиной волны также с успехом могут применяться для такого типа анализа.
Основные направления применения Фурье-Раман спектроскопии
Фурье-Раман спектроскопия является наилучшим выбором, если образцы имеют флуоресценцию или содержат микропримеси, которые могут флуоресцировать. С большим успехом Фурье-Раман спектроскопия применяется в фармацевтическом анализе для идентификации неизвестных веществ, анализа сырья, качественного и количественного анализа готовой продукции. Также метод широко используется для исследования полиморфизма, анализа образцов в массе или на поверхности в комбинаторной химии. Фурье-Раман спектроскопия имеет некоторое преимущество по сравнению с дисперсионной Раман спектроскопией, потому что фармацевтические образцы часто имеют флуоресценцию при возбуждении лазером 785 нм, но дают прекрасные спектры при возбуждении лазером 1 мкм (1000 нм).
По этим же причинам Фурье-Раман спектроскопия очень широко применяется в криминалистике для анализа образцов и вещественных доказательств в запечатанных контейнерах или упаковке, при этом не нужно вскрывать упаковку, поскольку упаковка не вносит вклад в спектр образца. Фурье-Раман спектроскопия очень полезна для исследования незаконных наркотических веществ, выявления подпольных лабораторий, взрывчатых веществ и волокон. Уличные наркотики и образцы из подпольных лабораторий часто имеют флуоресценции при возбуждении видимым лазером, но легко могут быть проанализированы при использовании лазера в ближней ИК области (Фурье-Раман спектроскопия).
Чистые полимеры обычно не флуоресцируют, но микродобавки, такие как антислеживатели и пластификаторы имеют флуоресценцию при возбуждении лазером в видимой области. Фурье-Раман спектроскопия обычно используется для большинства полимерных образцов.
Фурье-Раман спектроскопия широко применяется при химическом анализе пульпы, бумаги, текстиля и в нефтехимии. Метод очень удобен для идентификации неизвестных веществ, благодаря наличию библиотек Рамановских спектров. Фурье-Раман спектрометры имеют внутреннюю калибровку, поэтому у них превосходная точность по волновому числу. Для количественного и качественного (поиск по библиотекам) анализа необходимо иметь хорошую точность по волновому числу.
Фурье-Раман спектроскопия очень хороший метод для рутинного анализа – идентификация сырья или анализ готовой продукции, отличается простотой разработки методики и возможностью автоматизации. Благодаря простому и понятному программному обеспечению приборы удобны в управлении, а для освоения прибора и интерпретации получаемых данных требуется минимальное обучение.
Рамановская спектроскопия — Заключение
Рамановская спектроскопия является мощным аналитическим инструментом с широким набором возможностей. Метод отличается простотой использования, поскольку практически не требуется пробоподготовка, а получаемая спектральная информация может использоваться как для идентификации, так и для количественного анализа.
Как дисперсионная Раман, так и Фурье-Раман спектроскопия имеют свои преимущества для определенного вида образцов. Эти методы с успехом применяются в фармацевтике, полимерной промышленности, нефтехимии, криминалистике, геологии, исследовании темных образцов и водных растворов.
Во многих приложениях крайне важно проверить аутентичность образцов, которые будут проанализированы данным методом. Часто моделирование или синтетические «стандарты» не отражают всех влияний или фон реального образца, поэтому предварительная оценка с использованием таких «стандартов» может приводить к неправильным результатам.
Только производитель, поставляющий приборы для дисперсионной и Фурье-Раман спектроскопии, может обеспечить наиболее точную и полную оценку вашего приложения. В этом случае окончательный выбор между дисперсионным и Фурье-Раман спектрометром основывается на оптимальном результате для вашего анализа, и ваше решение не ограничивается только одним типом приборов данного производителя, что представляет только половину возможностей Раман спектроскопии в целом.
SEM-SCA analysis of corroded artefact рамановские микроскопы Рамановская спектроскопия
SEM-SCA analysis of corroded artefact рамановские микроскопы, компактные рамановские спектрометры для мониторинга процессов, рамановские анализаторы для сканирующих электронных микроскопов, лазеры для спектроскопии и современные охлаждаемые ПЗС-детекторы.
В рамановских системах компании Renishaw используется явление комбинационного рассеяния света в целях определения характеристик структуры и химического состава материалов бесконтактным, неразрушающим способом.
Применение рамановской спектроскопии
Raman application montage Метод рамановской спектроскопии (спектроскопии комбинационного рассеяния) успешно используется для анализа самых разных материалов и систем. Компания Renishaw является лидером в области расширения способов применения этого метода, предложив, частности, ультрафиолетовый (УФ) КР-микроспектрометр и комбинированный микроскоп, в котором используется метод комбинационного рассеяния и сканирующий зонд.
Различные области применения метода, изображения, полученным с использованием рамановской спектроскопии. Для каждой области применения приводится краткий список соответствующих публикаций и описание конкретных случаев
— Фармацевтика
— Углерод и алмазы
— Материаловедение
— Геммология, геология и минералогия
— Криминалистика
— Нанотехнологии
— Искусство и историческое наследие
— Полупроводники
— Биология и биомедицина
Фото рамановских изображений
