دانلود تحقیق طیف سنجی

سنج جرمی

اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است.

تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد.

در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند.

تاریخچه
اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است.

تا جایی که می‌دانیم، قدیمیترین طیف سنج جرمی در سال 1918 ساخته شد.

اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت.

این تکنیک با پیدایش دستگاههای تجاری که بسادگی تعمیر و نگهداری می‌شوند و با توجه به مناسب بودن قیمت آنها برای بیشتر آزمایشگاههای صنعتی و آموزشی و نیز بالا بودن قدرت تجزیه و تفکیک ، در مطالعه تعیین ساختمان ترکیبات از اهمیت بسیاری برخوردار گشته است.

اصول طیف سنجی جرمی
به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد:
مولکولها توسط جرایاناتی از الکترونهای پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل می‌گردند.

سپس یونها در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند.

یونهای شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند.

یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند.

نتایج داده شده خروجی توسط آشکار کننده بزرگ شده و به ثبات داده می‌شوند.

علامت یا نقشی که از ثبات حاصل می‌گردد یک طیف جرمی است، نموداری از تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم.

دستگاه طیف سنج جرمی
هنگامی که هر یک از عملیات را بدقت مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که طیف سنج جرمی واقعا پیچیده‌تر از آن چیزی است که در بالا شرح داده شد.

سیستم ورودی نمونه
قبل از تشکیل یونها باید راهی پیدا کرد تا بتوان جریانی از مولکولها را به محفظه یونیزاسیون که عمل یونیزه شدن در آن انجام می‌گیرد، روانه ساخت.

یک سیستم ورودی نمونه برای ایجاد چنین جریانی از مولکولها بکار برده می‌شود.

نمونه‌هایی که با طیف سنجی جرمی مورد مطالعه قرار می‌گیرند، می‌توانند به حالت گاز ، مایع یا جامد باشند.

در این روش باید از وسایلی استفاده کرد تا مقدار کافی از نمونه را به حالت بخار در آورده ، سپس جریانی از مولکولها روانه محفظه یونیزاسیون شوند.

در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد.

پس ، از سیستم ورودی ساده‌ای می‌توان استفاده کرد.

این سیستم تحت خلاء بوده، بطوری که محفظه یونیزاسیون در فشاری پایینتر از سیستم ورودی نمونه قرار دارد.

روزنه مولکولی
نمونه به انبار بزرگتری رفته که از آن ، مولکولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می‌روند.

برای اطمینان از اینکه جریان یکنواختی از مولکولها به محفظه یونیزاسیون وارد می‌شود، قبل از ورود ، بخار از میان سوراخ کوچکی که "روزنه مولکولی" خوانده می‌شود، عبور می‌کند.

همین سیستم برای مایعات و جامدات فرار نیز بکار برده می‌شود.

برای مواد با فراریت کم ، می‌توان سیستم را به گونه‌ای طراحی کرد که در یک اجاق یا تنور قرار گیرد تا در اثر گرم کردن نمونه ، فشار بخار بیشتری حاصل گردد.

باید مراقب بود که حرارت زیاد باعث تخریب ماده نگردد.

در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار ، روش مستقیمی را می‌توان بکار برد.

نمونه در نوک میله‌ای قرار داده می‌شود و سپس از یک شیر خلاء ، وارد محفظه یونیزاسیون می‌گردد.

نمونه در فاصله بسیار نزدیکی از پرتو یونیزه کننده الکترونها قرار می‌گیرد.

سپس آن میله ، گرم شده و تولید بخاری از نمونه را کرده تا در مجاورت پرتو الکترونها بیرون رانده شوند.

چنین سیستمی را می‌توان برای مطالعه نمونه‌ای از مولکولهایی که فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق کمتر از 9 - 10 میلیمتر جیوه است، بکار برد.

محفظه یونیزاسیون
هنگامی که جریان مولکولهای نمونه وارد محفظه یونیزاسیون گشت ، توسط پرتوی از الکترونهای پرانرژی بمباران می‌شود.

در این فرآیند ، مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل گشته و سپس در یک میدان الکتریکی شتاب داده می‌شوند.

در محفظه یونیزاسیون پرتو الکترونهای پرانرژی از یک "سیم باریک" گرم شده ساطع می‌شوند.

این سیم باریک تا چند هزار درجه سلسیوس گرم می‌شود.

به هنگام کار در شرایطی معمولی ، الکترونها دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند.

این الکترونهای پرانرژی با مولکولهایی که از سیستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد کرده و با برداشتن الکترون از آن مولکولها ، آنها را یونیزه کرده و به یونهای مثبت تبدیل می‌کنند.

یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبتی دارد، یونهای جدید را به طرف دسته‌ای از "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند.

اختلاف پتانسیل زیادی (حدود 1 تا 10 کیلو ولت) از این صفحات شتاب دهنده عبور داده می‌شود که این عمل ، پرتوی از یونهای مثبت سریع را تولید می‌کند.

این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده" به طرف یک پرتو یکنواخت هدایت می‌شوند.

بسیاری از مولکولهای نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی‌شوند.

این مولکولها بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا که به محفظه یونیزاسیون متصل نیستند، خارج می‌گردند.

بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند.

این یونهای منفی توسط صفحه دافع جذب می‌گردند.

ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.

پتانسیل یونیزاسیون انرژی لازم برای برداشتن یک الکترون از یک اتم یا مولکول ، پتانسیل یونیزاسیون آن است.

بسیاری از ترکیبات آلی دارای پتانسیل یونیزاسیونی بین 8 تا 15 الکترون ولت هستند.

اما اگر پرتو الکترونهایی که به مولکولها برخورد می‌کند، پتانسیلی معادل 50 تا 70 الکترون ولت نداشته باشد، قادر به ایجاد یونهای زیادی نخواهد بود.

برای ایجاد یک طیف جرمی ، الکترونهایی با این میزان انرژی برای یونیزه کردن نمونه بکار برده می‌شوند.

تجزیه گر جرمی پس از گذر کردن از محفظه یونیزاسیون ، پرتو یونها از درون یک ناحیه کوتاه فاقد میدان عبور می‌کند.

سپس آن پرتو ، وارد "تجزیه گر جرمی" شده که در آنجا ، یونها بر حسب نسبت بار/جرم آنها جدا می‌شوند.

انرژی جنبشی یک یون شتاب داده شده برابر است با: 12mv2=ev که m جرم یون ، v سرعت یون ، e بار یون و V اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است.

در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت.

معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیر است: (r =MV)/eH که r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است.

اگر این دو معادله را برای حذف عبارت سرعت ترکیب کنیم، خواهیم داشت: این معادله مهمی است که رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توجیه می‌کند.

تجزیه گر جرمی و قدرت تفکیک از معادله فوق چنین بر می‌آید که هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحنای مسیر نیز بزرگتر خواهد بود.

لوله تجزیه‌گر دستگاه طوری ساخته شده است که دارای شعاع انحنای ثابتی است.

ذره‌ای که نسبت m/e صحیحی داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزیه‌گر منحنی شکل را طی کرده ، به آشکار کننده نمی‌رسند.

مسلما اگر دستگاه ، یونهایی را که جرم بخصوصی دارند، نشان دهد.

این روش چندان جالب نخواهد بود.

بنابراین بطور مداوم ، ولتاژ شتاب دهنده یا قدرت میدان مغناطیسی تغییر یافته تا بتوان کلیه یونهایی که در محفظه یونیزاسیون تولید گشته‌اند را آشکار ساخت.

اثری که از آشکار کننده حاصل می‌گردد، بصورت طرحی است که تعداد یونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم می‌کند.

فاکتور مهمی که باید در یک طیف سنج جرمی در نظر گرفتن قدرت تفکیک آن است.

قدرت تفکیک بر طبق رابطه زیر تعریف می‌شود: (R=M)/M که R قدرت تفکیک ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بین یک ذره با جرم M و ذره بعدی با جرم بیشتر است که می‌تواند توسط دستگاه تفکیک گردد.

دستگاههایی که قدرت تفکیک ضعیفی دارند، مقدار R آنها حداکثر 2000 در بعضی مواقع قدرت تفکیکی به میزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نیاز است.

آشکار کننده آشکار کننده بسیاری از دستگاهها ، شامل یک شمارشگر است که جریان تولیدی آن متناسب با تعداد یونهایی است که به آن برخورد می‌کند.

با استفاده از مدارهای الکترون افزاینده می‌توان آن قدر دقیق این جریان را اندازه گرفت که جریان حاصل از برخورد فقط یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.

ثبات آشکار کننده سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که این ثبات خود طیف جرمی را ایجاد می‌نماید.

در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده از طریق یک سطح مشترک به رایانه متصل است.

رایانه قادر به ذخیره اطلاعات بوده و خروجی را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی در می‌آورد.

دست آخر داده‌ها با طیفهای استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.

در دستگاهها قدیمیتر ، جریان الکترونی حاصل از آشکار کننده به یک سری از پنج گالوانومتر با حساسیتهای متفاوت داده می‌شود.

پرتو نوری که به آینه‌های متصل به گالوانومترها برخورد می‌کند و به یک صفحه حساس به نور منعکس می‌گردد.

بدین طریق یک طیف جرمی با پنج نقش بطور همزمان ، هر یک با حساسیتی متفاوت ایجاد می‌گردد.

در حالی که هنوز دستگاه قویترین قله‌ها را در صفحه طیف نگاه می‌دارد، با استفاده از این پنج نقش ثبت ضعیفترین قله‌ها نیز ممکن می‌گردد.

آشنایی با طیف‌سنجی جرمی(MS) طیف‌سنجی جرمی دستگاهی است که مولکول‌های گازی باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندی می‌کند.

دستگاه طیف‌سنج جرمی، مولکول‌ها و یون‌های گازی باردار را بر حسب جرم آنها در میدان آهنربایی از یکدیگر جدا و اندازه‌گیری می‌کند.

طیف‌سنجی جرمی دستگاهی است که مولکول‌های گازی باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندی می‌کند.

طیف جرمی حاصل جهت تعیین وزن مولکولی دقیق،‌ شناسایی اجسام و تعیین درصد ایزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مهمترین مزیت این طیف سنجی نسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد.

اما از روش MS می‌توان استفاده نمود.

این روش ارتباط واقعی با طیف‌سنجی نوری ندارد ولی نام‌ طیف‌سنجی جرمی برای این روش‌ها انتخاب شده است، زیرا دستگاه‌های اولیه تولید عکس می‌کردند که شبیه به طیف خطی بود.

فرآیند دستگاه در داخل دستگاه خلائی به میزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است.

مقدار کمی از نمونه (حدود 1µ) توسط یک لوله از دریچه کوچکی وارد منبع یونش می‌شود.

نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز درآمده و با جریانی از الکترون‌های پرانرژی (حدود 70-ev50) به طرف آند مقابل شتاب گرفته و جذب آن می‌شود.

در نتیجه بمباران الکترونی، جزئی از مولکول‌های نمونه (حدود 0/1 درصد) یونیزه می‌شود.

در اولین مرحله مطابق واکنش زیر یک الکترون از M خارج شده و یک کاتیون یک ظرفیتی می‌دهد که وزن آن برابر وزن مولکول جسم است.

-e-→M++2e در اثر افزایش انرژی الکترون‌هایی که به نمونه برخورد می‌کنند، یون +M به کاتیون‌های یک ظرفیتی کوچک‌تری شکسته می‌شود.

یون‌های مثبت حاصل از طریق شتاب‌دهنده و نیروی دافعه قطب مثبت آن و همچنین به دلیل تفاوت در فشار موجود بین محل ورود نمونه و فضای سمت راست دستگاه به سمت روزنه کوچکی هدایت شده و پس از گذشتن از آن جریان یون‌ها از بین دو قطب یک آهنربای قوی که جهت میدان آن عمود بر مسیر یون‌ها است عبور می‌کند، کاتیون‌های موجود به نسبت جرم بر بار (m/e) منحرف شده و از یکدیگر جدا می‌شوند.

ذرات جدا شده پس از برخورد با یک صفحه عکاسی به صورت خطوطی ظاهر می‌شوند.

شکل (1) قسمت‌هایی از یک طیف‌سنج جرمی را نشان می‌دهد روش GC- MS روش دیگر برای وارد ساختن نمونه به دستگاه طیف‌سنج جرمی، استفاده از کروماتوگراف گازی است.

کروماتوگراف گازی در بخش مربوطه توضیح داده شده است.

در دستگاه GC-MS اجزای یک مخلوط به ترتیب توسط یک ستون کروماتوگرافی از هم جدا می‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع یونش طیف سنج جرمی می‌گردند.

کاربردها اطلاعاتی که می توان از طیف سنج جرمی بدست آورد شامل موارد ذیل است: شناسائی ترکیبات خالص آلی، تعیین وزن مولکولی و فرمول تجربی ترکیب، حضور یا عدم حضور گروههای عاملی در ترکیبات آلی، پایداری انواع مختلف یونها.

برای مطالعه بیشتر می توان به مراجع [2 و3] مراجعه نمود.

همچنین برای آنالیز ترکیب و پایداری در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد.

به عنوان مثال برای تعیین ساختار ترکیبات شاخه‌ای نانومقیاس با ابعاد nm 1/5 می‌توان از روش طیف‌سنج جرمی با تکنیک یونش الکترواسپری (ESI) استفاده کرد [4].

همچنین از روش طیف سنجی به طور وسیعی در تجزیه ترکیبات آلی، بیولوژیک،‌ پلیمری حاوی نانو ذرات طلا، فلورین‌ها و ترکیبات شاخه‌ائی مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان ساختار ترکیبات بیولوژیک در محلول را بررسی کرد [9-5] .

در مراجع [16-10]به بررسی ترکیب، ابعاد،‌ سطح و پایداری نانوذراتی که اغلب از ترکیبات آلی فلزی بدست می‌آید، پرداخته می‌شود.

همچنین برتری این روش اسپکتروسکپی نسبت به سایر روش‌ها، سریع بودن پاسخ‌دهی می‌باشد [17].

مهمترین مزیت این طیف سنجی بنسبت به سایر روش‌ها از قبیل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپی رامان و TGA این است که برای تعیین ترکیبات به طور مستقیم از روش‌های فوق نمی‌توان استفاده کرد.

اما از روش MS می‌توان استفاده نمود [18].

مراجع: [1].

D.

A.

Skoog, D.

M.

West Holt, "Principle of Instrumental Analysis", Saunders College Publishing, Sixth edition, 1994.

[2].E.

Stenhagen, S.

Abrahamsson ,F.

W.

Mclafferty, "Registry of Mass Spectral Data", Wiley , Vol.

4, 1974.

[3].

Aldermaston, Eight Peak Index of Mass Spectra, 2 ed, Mass Spectroscopy Data Center, Reading, United Kingdom, 1974.

[4].

J.

Gaumet,† G.

Khitrov, and G.

F.

Strouse, Mass Spectrometry Analysis of the 1.5 nm Sphalerite-CdS Core of [Cd2S14(SC6H5)36âDMF4], NANO LETTERS, 2, 375-379 , 2002 [5].

H.

Inoue, H.; Ichiroku, N.; Torimoto, T.; Sakata, T.; Mori, H.; Yoneyama, H.

Langmuir, 10, 4517, 1994 [6].

Gaumet, J.

J.; Strouse, G.

Am.

Soc.

Mass Spectrom.

2000, 11, 338 [7].

Trager, J.

C.

Int.

Mass Spectrom., 200, 387, 2000 [8].

Plattner, D.

Mass Spectrom., 207, 125, 2001 [9].

Pryzybylski, M.; Glocker, M.

O.

Angew.

Chem., Int.

Ed.

Engl., 35, 806, 1996 [10].

Inoue, N.

Ichiroku, T.

Torimoto, T.

Sakata, H.

Mori, H.

Ž .

Yoneyama, Langmuir, 10, 4517, 1994 [11].

M.A.

Hines, P.

Guyot-Sionnest, J.

Phys.

Chem.

B, 102, 3655, 1998 [12].

J.R.

Sachleben, V.L.

Colvin, L.

Emsley, E.W.

Wooten, A.P.

Alivisatos, J.

B 10210117, 1998 [13].

Tomaselli, J.L.

Yarger, M.

Bruchez, R.H.

Halvin, D.

DeGraw, Ž .

Pines, A.P.

110 8861,1999 [14].

Sachleben, E.W.

Wooten, L.

Emsley, A.

Pines, V.L.

Colvin, Ž .

A.P.

Alivisatos, Chem.

Lett.

198 431,1992 [15].

X.

Peng, J.

Wickham, A.P.

120 5343, 1998 [16].

R.J.

Arnold, J.P.

Reilly, J.

1201528, 1998 [17].

N.

Herron, J.C.

Calabrese, W.E.

Farneth, Y.

Wang, Science 259, 1426, 1993 [18].

Jean-Jacques Gaumet and Geoffrey F.

Strouse , Electrospray Mass Spectrometry of Semiconductor Nanoclusters: Comparative Analysis of Positive and Negative Ion Mode, J Am Soc Mass Spectrom, 11, 338–344, 2000 طیف سنج جرمی تاریخچه اصول طیف سنجی جرمی ، جلوتر از هر یک از تکنیکهای دستگاهی دیگر ، بنا نهاده شده است.

در سال 1911 ، "تامسون" برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند.

اما روش طیف سنجی جرمی تا همین اواخر که دستگاههای دقیق ارزانی در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چندانی نداشت.

اصول طیف سنجی جرمی به بیان ساده ، طیف سنج جرمی سه عمل اساسی را انجام می‌دهد: مولکولها توسط جرایاناتی از الکترونهای پرانرژی بمباران شده و بعضی از مولکولها به یونهای مربوطه تبدیل می‌گردند.

یونهای شتاب داده شده بسته به نسبت بار/جرم آنها در یک میدان مغناطیسی یا الکتریکی جدا می‌گردند.

یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین توسط بخشی از دستگاه که در اثر برخورد یونها به آن ، قادر به شمارش آنها است، آشکار می‌گردند.

دستگاه طیف سنج جرمی هنگامی که هر یک از عملیات را بدقت مورد بررسی قرار دهیم، خواهیم دید که طیف سنج جرمی واقعا پیچیده‌تر از آن چیزی است که در بالا شرح داده شد.

سیستم ورودی نمونه قبل از تشکیل یونها باید راهی پیدا کرد تا بتوان جریانی از مولکولها را به محفظه یونیزاسیون که عمل یونیزه شدن در آن انجام می‌گیرد، روانه ساخت.

در مورد گازها ، ماده ، خود به حالت بخار وجود دارد.

روزنه مولکولی نمونه به انبار بزرگتری رفته که از آن ، مولکولهای بخار به محفظه یونیزاسیون می‌روند.

برای اطمینان از اینکه جریان یکنواختی از مولکولها به محفظه یونیزاسیون وارد می‌شود، قبل از ورود ، بخار از میان سوراخ کوچکی که "روزنه مولکولی" خوانده می‌شود، عبور می‌کند.

در مورد مواد جامد نسبتا غیر فرار ، روش مستقیمی را می‌توان بکار برد.

محفظه یونیزاسیون هنگامی که جریان مولکولهای نمونه وارد محفظه یونیزاسیون گشت ، توسط پرتوی از الکترونهای پرانرژی بمباران می‌شود.

در محفظه یونیزاسیون پرتو الکترونهای پرانرژی از یک "سیم باریک" گرم شده ساطع می‌شوند.

این الکترونهای پرانرژی با مولکولهایی که از سیستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد کرده و با برداشتن الکترون از آن مولکولها ، آنها را یونیزه کرده و به یونهای مثبت تبدیل می‌کنند.

یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبتی دارد، یونهای جدید را به طرف دسته‌ای از "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند.

این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده" به طرف یک پرتو یکنواخت هدایت می‌شوند.

بسیاری از مولکولهای نمونه به هیچ وجه یونیزه نمی‌شوند.

انرژی جنبشی یک یون شتاب داده شده برابر است با: که m جرم یون ، v سرعت یون ، e بار یون و V اختلاف پتانسیل صفحات شتاب دهنده یون است.

معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیر است: که r شعاع انحنای مسیر و H قدرت میدان مغناطیسی است.

قدرت تفکیک بر طبق رابطه زیر تعریف می‌شود: که R قدرت تفکیک ، M جرم ذره و M∆ اختلاف جرم بین یک ذره با جرم M و ذره بعدی با جرم بیشتر است که می‌تواند توسط دستگاه تفکیک گردد.

طیف‌سنجی رامان (RAMAN) نویسنده : امید مرادی چکیده مقاله طیف‌سنجی رامان برای شناسایی ساختار مولکولی بسیار مناسب است با این روش تعیین فرکانس‌های چرخشی و ارتعاشی مولکول، ارزیابی هندسی و حتی تقارن مولکول‌ها امکان پذیر است.

در برخی موارد که امکان تعیین ساختار مولکولی وجود ندارد، می‌توان با تکیه بر فرکانس‌های ثبت شده‌، قرار گرفتن اتم‌ها در یک مولکول را بررسی کرد.

اطلاعاتی که توسط طیف سنجی مادون قرمز و رامان به دست می‌آید، بسیار مشابه هستند.

به تازگی ساختار پیچیده مولکول‌های زیستی با طیف سنجی رامان تعیین شده است.

طیف رامان اطلاعات با ارزشی را نیز در زمینه فیزیک حالت جامد ارائه می‌کند.

برهم‌کنش نور با ماده در ناحیه زیر قرمز می‌تواند به دو صورت جذب و پراکندگی انجام گیرد.

این دو پدیده اساس شناسایی و اندازه‌گیری ترکیبات به دو روش طیف‌ نورسنجی جذبی زیرقرمز و پراکندگی رامان را تشکیل می‌دهند.

پدیده پراکندگی رامان، دارای علامت ضعیفی است.

به همین دلیل تا سال 1982 این پدیده شناخته نشده بود.

البته باید خاطر نشان نمود که چندین سال قبل از کشف پدیده رامان، پراکندگی نور به وسیله جامدات، مایعات و گازهای شفاف مورد بررسی قرار گرفته بود.

چند ماه پس از کشف رامان، فیزیکدانان روسی به طور مستقل در زمینه وجود این اثر در بلورها به نتایج جالبی دست یافتند و این پدیده را به جای اثر رامان،‌ پراکندگی مرکب نامیدند.

در سالیان اخیر پیشرفت تکنیک‌های لیزری موجب بررسی بیشتر در مورد اثر رامان و کشف تعدادی از پدیده‌های مرتبط به آن شده است.

با توجه به توانایی‌های لیزر از جمله قابلیت تشدید، تمرکز و اهمیت این خواص در رابطه با پدیده رامان، لیزر به عنوان منبع مناسبی برای طیف سنجی رامان به شمار می‌رود.

در این روش عموماً از لیزرهای آرگون و کریپتون استفاده می‌شود.

(چون موج پیوسته بالایی دارند).

البته اغلب لیزرهای رنگینه‌ای قابل تنظیم در پراکندگی رامان به کار برده می‌شوند.

طرح ساده‌ای از یک طیف بین لیزری رامان در شکل زیر نشان داده شده است [1{ شکل1- طیف بین لیزری رامان نور تکفام لیزر He-Ne بسته به شرایط میل نمونه و هدف آزمایش به وسیله عدسی L متمرکز و یا باز می‌شود.

نمونه در سلی قرار دارد که باید از شفافیت مناسبی برخوردار باشد.

تابش پس از عبور از نمونه به آیینه مقعر M برخورد و پرتوهایی که پراکندگی نیافته‌اند دوباره به سوی نمونه باز می‌گردند.

بدین ترتیب میان گذری نوری افزایش می‌یابد.

پرتوهای پراکنده شده در جهت‌های مختلف توسط یک عدسی همگرا ) (Lکه در یک طرف سل نمونه تعبیه گردیده، جمع‌آوری می‌شود.

از سوی دیگر یک آیینه مقعر ) (M برای افزایش پرتوهای پراکنده شده در سمت مقابل دستگاه قرار دارد.

قطبش پرتو خروجی از عدسی توسط قطبش سنج (P) مورد بررسی قرار می‌گیرد.

در صورتی که این اندازه‌گیری صورت نپذیرد، پرتو مستقیما وارد تکفام ساز پیمایشی می‌شود و سپس به یک آشکار ساز (PM) هدایت می‌گردد.

از آنجا که پراکندگی رامان شدت ضعیفی دارد لذا از یک تقویت کننده الکتریکی (A) استفاده می‌شود.

نهایتاً به کمک ثبات (CR) تغییرات شدت بر حسب فرکانس ثبت می‌گردد.

البته برای کنترل کل سیستم،اؤ یک دستگاه هماهنگ کننده (D) نیز استفاده می شود.

کاربردها طیف سنجی رامان برای شناسایی ساختار مولکولی بسیار مناسب است با این روش تعیین فرکانس‌های چرخشی و ارتعاشی مولکول، ارزیابی هندسی و حتی تقارن مولکول‌ها امکان پذیر است.

چون طیف سنجی رامان را می‌توان به راحتی برای مطالعه اجزاء و گروه‌های شیمیائی در محیط آب به کاربرده استفاده از این تکنیک در مطالعه موجودات زنده از اهمیت خاصی برخوردار است.

برخی از کاربردهای مهم طیف سنجی رامان در فناوری نانو عبارتست از: 1- شناسائی و جداسازی برخی از ترکیبات آلی و معدنی [2[ 2- تعیین ساختار شیمیائی ترکیبات [2[ 3- تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح [3[ 4-با استفاده از طیف سنج رامان برای آنالیز ذرات نانومقیاس برخی از ملکولهای آلی [4] و نانو کریستالهای DNA [5] و نانو تیوپ کربن [6[ می توان استفاده نمود.

5- برای تعیین قطر کربن [7] و کایرالیته کربن [8] (کربن کایرال، کربنی است که چهار گروه اتم متصل به آن متفاوت باشد) و تعیین قطر نانو ذرات معدنی [8] می توان از طیف سنج رامان استفاده نمود.

مراجع [1].

West Holt, "Principle of Instrumental Analysi"s, Saunders College Publishing, Sixth edition, 1994.

[2].

B.

Dragnea, "Near Filed Scanning Optical Microscopy": Chemical Imaging, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, Dekker Publication, 2004.

Hallen H.D.

Ayars E.J.

Jahncke C.L., "The effects of probe boundary conditions and propagation on nano-Raman spectroscopy", Journal of Microscopy, vol.

210, no.

3, pp.

252-254(3), 2003.

Y.

Inouye, N.

Hayazawa, K.

Hayashi, Z.

Sekkat and S.

Kawata, Proc.

SPIE, 3791, 40 (1999).

[5].

Hayazawa, Y.

Inouye, Z.

Sekkat, and S.

Kawata, J.

Phys., 117, 1296 2002.

[6].

Hayazawa, T.Yano, H.

Watanabe, Y.

Inouye, and S.

Kawata, Chem.

Lett.,376, 174, 2003.

[7].

a, Manish Chhowalla b,*, H.

Wang c, N.

Sano c, Alexandrou c, T.W.

Clyne a, G.A.J.

Amaratunga , Characterisation of carbon nano-onions using