طیف سنجی رامان
وبسایت طیف سنجی رامان
طیف سنجی (بیناب نمایی) رامان مطالعه نوعی از برهمکنش بین نور و ماده است که در آن نور دچار پراکندگی غیرالاستیک می شود. در آزمایشهای طیف سنجی رامان، فوتونهای تک طول موج (در ناحیهٔ مرئی، نور تکفام گفته می شود) روی نمونه متمرکز می شود و عموماً لیزر به عنوان چشمه تکفام شدت بالا بکار می رود. فوتونها با مولکول ها برهمکنش می کنند و بازتابیده، جذب یا پراکنده می شوند. طیف سنجی رامان فوتونهای پراکنده شده را مطالعه می کند. غالباً فوتونهایی که با مولکولها برهمکنش می کنند، به طور الاستیک پراکنده می شوند.به این نوع پراکندگی، پراکندگی ریلی گفته می شود و فوتونهای پراکنده شده همان طول موج نور فرودی را دارند. اما تقریباً از هر یک میلیون فوتون، یک فوتون به طور غیرالاستیک پراکنده می شود. در پراکندگی رامان، فوتون فرودی با ماده برهمکنش می کند و طول موج آن به سمت طول موج های بیشتر یا کمتر شیفت می یابد. شیفت به طول موجهای بیشتر غالب است و این پراکندگی را رامان استوکس می گویند. اتفاقی که در اینجا می افتد آن است که فوتون با ابر الکترونی پیوندهای گروههای عاملی برهمکنش می کند و الکترون را به یک حالت مجازی برانگیخته می کند. سپس الکترون از حالت مجازی به یک حالت ارتعاشی یا چرخشی برانگیخته واهلش می یابد. این باعث می شود که فوتون مقداری از انرژی خود را از دست بدهد و به صورت پراکندگی رامان استوکس آشکارسازی شود. انرژی از دست داده شده ارتباط مستقیمی با گروه عاملی، ساختار مولکولی متصل به آن، نوع اتمهای مولکول و محیط آن دارد. طیفهای رامان هر مولکول، منحصربه فرد است. از این رو می توان از آن مانند "اثر انگشت" در تشخیص ترکیبات مولکولی روی یک سطح، درون یک مایع یا در هوا استفاده کرد.
یکی از روش های متداول بیناب نگاری، طیف سنجی رامان است که مدهای چرخشی، ارتعاشی، و دیگر مدهای فرکانسی کوتاه در یک سیستم را مطالعه می کند. در جریان این طیف سنجی نور تکفام دچار پراکندگی غیرالاستیک یا همان پراکندگی رامان می شود و غالباً از لیزرهای مرئی، فروسرخ و فرابنفش برای تحریک استفاده می شود. نور لیزر با جنبش های مولکولی، فونون ها و دیگر تحریک پذیرها برهمکنش کرده و در اثر این برهمکنش فوتون های بازتابیده دارای تغییر فرکانس به طول موج های بالاتر و پایین تر هستند. البته باید توجه داشت کسر قابل توجهی از فوتون ها بدون تغییر طول موج از سطح نمونه بازتابیده می شوند. تغییر فرکانس در این پدیده حاوی اطلاعات بسیار مهمی از جنبش های مولکولی در سیستم است. می توان عنوان نمود که در طیف سنجی رامان، شدت و طول موج نور پراکنده شده نور لیزری که با یک نمونه در وضعیت گاز، مایع، جامد یا پلاسما تعامل می نماید را اندازه گیری می نماید. به بیانی دیگر سیگنال رامان از تعامل نور (فوتون ها) با نوسانات فونون ها در یک نمونه مورد مطالعه، سرچشمه می گیرند. بررسی و تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده در طیف سنجی رامان منجر به تعیین ساختار، اندازه گیری کیفی و در مواردی کمی و همچنین مطالعه اثرات بسیاری از پارامترهای مختلف فیزیکی از قبیل دما، فشار، تنش، کرنش و ... بر نوسانات بین اتمی و بین مولکولی (فونون ها) می گردد. برای مثال طیف های رامان بلورها شامل نوارهای طیفی می باشد که مرتبط به ارتعاشات داخل یاخته واحد (مدهای داخلی) و ارتعاشات شبکه (مدهای شبکه) می باشد. ممکن است تعداد معینی اتم زمانی که کنار یکدیگر قرار می گیرند منجر به یک ساختار خاص گردند که دارای تقارن معینی می باشند. همان مجموعه اتمی می توانند در شرایط مختلف فیزیکی دارای تقارن متفاوتی باشند. در دو وضعیت فوق بلور منجر به طیف های رامان متفاوت می گردد. لذا هر گونه تغییری در فاصله بین اتمی یا بین مولکولی و همچنین محیط بین آن ها از قبیل تغییر و جایگزینی اتمها منجر به جابجایی در فرکانس های رامان می گردد.غالباً نور لیزر به نمونه برخورد می کند و نور بازتابیده از سطح نمونه بوسیله یک لنز جمع شده و بوسیله فیبری به آشکارساز مربوطه منتقل می شود. طول موج های نزدیک به طول موج لیزر که ناشی از برهمکنش الاستیک (پراکندگی ریلی) از سطح نمونه هستند بوسیله یک فیلتر جذب می شوند و پرتوهای بازتابیده شده ای که دارای تغییر فرکانسی هستند، عبور می کنند و به آشکارساز می رسند. طول موج هایی که دارای تغییر فرکانسی (طول موجی) هستند برای ما حائز اهمیتند که همان سیگنال های رامان محسوب می شوند.سطح مقطع پراکندگی رامان بسیار کوچک است و سخت ترین مرحله در این روش جدا کردن پرتوهای الاستیک ریلی از پرتوهای تغییر یافته فرکانسی رامان است. در گذشته از توری های هولوگرافیک و مراحل پاشش چندگانه برای حصول درجه بالایی از طرد پرتو لیزر استفاده می شد. در گذشته، فوتومالتی پلیرها، آشکارساز انتخابی برای دستگاه های رامان پاششی بودند که منجر به زمان جمع آوری داده طولانی میشد. با این وجود، دستگاهوری مدرن تقریباً به صورت جهانی از نوج یا فیلتر لبه ای notch or edge filters برای طرد پرتو لیزر و از اسپکتروگرافها چه تکفامساز عبور محوری (AT)، زرنی-ترنر (CT) یا اسپتروسکوپی تبدیل فوریه و آشکارسازهای CCD استفاده می کنند.
پراکندگی ناکشسان نور توسط آدولف اسمکال در سال 1921 پیش بینی شده بود ولی این پدیده در سال 1928 مشاهده شد. یکی از کاشفان این پدیده را اثر رامان به نام دانشمند هندی سر رامان که این اثر را با استفاده از نور خورشید مشاهده کرده بود به نام او نامیدند که در سال 1930 برای این کشف وی توانست نوبل فیزیک را دریافت کند.جمع بندی و چارچوب بندی این اثر فیزیکی توسط فیزیکدان جورج پلاکزیک چکوسلوواک بیسن سال های 1930 تا 1934 توسعه و کامل نمود. در حال حاضر به عنوان منبع از لیزر استفاده می شود.رنگ آبی آسمان سیاره ما ناشی از پراکندگی نور خورشید از مولکول های گازی موجود در جو می باشد. در این موقعیت پرسیدن این سؤال که چه کسی برای اولین بار این پراکندگی را مشاهده کرد، امری بیهوده است.افرادی مانند لئوناردو دا وینچی در قرن 15 میلادی و نیوتن در قرن 17 میلادی و کلوزیوس در قرن 19 میلادی سعی کردند که چرایی آبی بودن رنگ آسمان را توجیه کنند، گرچه غالب تئوری های آنان اشتباه بود. برای اولین بار در آزمایشگاه تیندال تأسیس 1986، توسط آقای ریلی در سال 1899 میلادی تئوری بیان شد که توانست پراکندگی نور را توجیه کند. این تئوری پراکندگی پاسخی بود به چرایی آبی بودن رنگ آسمان سیاره ما. پدیده رنگین کمان نیز گواه بزرگتری برای رنگی بودن نورهای بازتابیده و پراکنده شده در آسمان بود که پیدا کردن راه حل منطقی این سؤال که چرا رنگ آسمان آبی است را پیچیده تر و دشوارتر می کرد. بسیاری از دانشمندان تلاش های زیادی برای پاسخگویی این سؤال کردند تا اینکه مولوکوفسکی توانست در سال 1908 میلادی بهترین توجیه را به جامعه علمی ارائه دهد. این دانشمند مبنای توجه خود را بر افزایش قابل ملاحظه چگالی شدت در هنگام پراکندگی نور و تغییر فاز نور در هنگام شکست آن قرار داد. در سال بعد انیشتین ، در سال 1980 میلادی نشان داد که چگونه می توان این تغییرات را در متغیرهای ترمودینامیکی و همچنین شدت نور در زمان شکست را می توان دقیقاً اندازه گیری کرد. آقایان زرنیک و ارنشتاین برای پراکندگی نور رابطهٔ بدست آمده توسط انیشتین را در نقطه شکست تأیید کردند و به بیان دیگری تئوری پراکندگی نور حاصل از تغییرات شدت در نقطه شکست در اوایل قرن 20 میلادی به خوبی منسجم شد. بسیاری از اطلاعات خام تئوری مشاهده شده در آن زمان به کار گرفته شد تا با موفقیت این پدیده فیزیکی را توجیه کنند، همچنین در این میان، این اطلاعات توانست مقدار عدد آواگادرو را در نور پراکنده شده در گازها بادقت مشخص کند. مطالعات پراکندگی نور در کشورهایی مانند روسیه، فرانسه، هند و ایالات متحده آمریکا و آلمان به طور جدی دنبال می شد. در اوایل قرن 20 میلادی افرادی مانند رامان و کریشنان در هند و آقایان لندزبرگ و مندل در روسیه و کابانز و دائور در فرانسه پیشرو این زمینه بودند. این سه گروه در حال بررسی تغییر فرکانس نور پراکنده شده در شرایط مختلف فیزیکی بودند که دو گروه هندی و روسی مطالبی را مشاهده کردند که برنامه یا هدفی برای مشاهده آن نداشتند این یافته ها توسط این دو گروه مبنای تئوری مورد نظر ما می باشد. آقایان لندربرگ و مندل اشتام پراکندگی نور را در کوارتز و چند کریستال دیگر مورد بررسی قرار دادند تا نورهای بازتابیده که دچار تغییر فرکانس شده اند را بیابند. در همان زمان آقای رامان و کریشنان در کلکته هند هزاران کیلومتر دورتر از دانشمندان روسی در حال بررسی تغییرات نور در اثر کامپتون بودند. آن ها با چاپ سه مقاله در سال 1928 میلادی در این زمینه این اثر را به نام خود ثبت و شامل دریافت جایزه نوبل بخاطر کشفشان شدند این در حالی بود که گزارش آقایان رامان و کریشنان اندکی زودتر از گزارش دانشمندان روسی بود.امروزه مطالعات بر روی پراکندگی نور در زمینه تجربی و تئوری به هزاران شاخه منتهی می شود و چند هزار دانشمند و محقق به طور جدی بر روی این مسئله در حال تحقیق و کاوش هستند. نمودارهایی موجودند که بیان کننده حجم بالای مطالعات و تعداد کثیر مقالات چاپ شده در مورد این کشف درباره نور می باشند.
وبسایت طیف سنجی رامان
طیف سنجی (بیناب نمایی) رامان مطالعه نوعی از برهمکنش بین نور و ماده است که در آن نور دچار پراکندگی غیرالاستیک می شود. در آزمایشهای طیف سنجی رامان، فوتونهای تک طول موج (در ناحیهٔ مرئی، نور تکفام گفته می شود) روی نمونه متمرکز می شود و عموماً لیزر به عنوان چشمه تکفام شدت بالا بکار می رود. فوتونها با مولکول ها برهمکنش می کنند و بازتابیده، جذب یا پراکنده می شوند. طیف سنجی رامان فوتونهای پراکنده شده را مطالعه می کند. غالباً فوتونهایی که با مولکولها برهمکنش می کنند، به طور الاستیک پراکنده می شوند.به این نوع پراکندگی، پراکندگی ریلی گفته می شود و فوتونهای پراکنده شده همان طول موج نور فرودی را دارند. اما تقریباً از هر یک میلیون فوتون، یک فوتون به طور غیرالاستیک پراکنده می شود. در پراکندگی رامان، فوتون فرودی با ماده برهمکنش می کند و طول موج آن به سمت طول موج های بیشتر یا کمتر شیفت می یابد. شیفت به طول موجهای بیشتر غالب است و این پراکندگی را رامان استوکس می گویند. اتفاقی که در اینجا می افتد آن است که فوتون با ابر الکترونی پیوندهای گروههای عاملی برهمکنش می کند و الکترون را به یک حالت مجازی برانگیخته می کند. سپس الکترون از حالت مجازی به یک حالت ارتعاشی یا چرخشی برانگیخته واهلش می یابد. این باعث می شود که فوتون مقداری از انرژی خود را از دست بدهد و به صورت پراکندگی رامان استوکس آشکارسازی شود. انرژی از دست داده شده ارتباط مستقیمی با گروه عاملی، ساختار مولکولی متصل به آن، نوع اتمهای مولکول و محیط آن دارد. طیفهای رامان هر مولکول، منحصربه فرد است. از این رو می توان از آن مانند "اثر انگشت" در تشخیص ترکیبات مولکولی روی یک سطح، درون یک مایع یا در هوا استفاده کرد.
یکی از روش های متداول بیناب نگاری، طیف سنجی رامان است که مدهای چرخشی، ارتعاشی، و دیگر مدهای فرکانسی کوتاه در یک سیستم را مطالعه می کند. در جریان این طیف سنجی نور تکفام دچار پراکندگی غیرالاستیک یا همان پراکندگی رامان می شود و غالباً از لیزرهای مرئی، فروسرخ و فرابنفش برای تحریک استفاده می شود. نور لیزر با جنبش های مولکولی، فونون ها و دیگر تحریک پذیرها برهمکنش کرده و در اثر این برهمکنش فوتون های بازتابیده دارای تغییر فرکانس به طول موج های بالاتر و پایین تر هستند. البته باید توجه داشت کسر قابل توجهی از فوتون ها بدون تغییر طول موج از سطح نمونه بازتابیده می شوند. تغییر فرکانس در این پدیده حاوی اطلاعات بسیار مهمی از جنبش های مولکولی در سیستم است. می توان عنوان نمود که در طیف سنجی رامان، شدت و طول موج نور پراکنده شده نور لیزری که با یک نمونه در وضعیت گاز، مایع، جامد یا پلاسما تعامل می نماید را اندازه گیری می نماید. به بیانی دیگر سیگنال رامان از تعامل نور (فوتون ها) با نوسانات فونون ها در یک نمونه مورد مطالعه، سرچشمه می گیرند. بررسی و تجزیه و تحلیل اطلاعات بدست آمده در طیف سنجی رامان منجر به تعیین ساختار، اندازه گیری کیفی و در مواردی کمی و همچنین مطالعه اثرات بسیاری از پارامترهای مختلف فیزیکی از قبیل دما، فشار، تنش، کرنش و ... بر نوسانات بین اتمی و بین مولکولی (فونون ها) می گردد. برای مثال طیف های رامان بلورها شامل نوارهای طیفی می باشد که مرتبط به ارتعاشات داخل یاخته واحد (مدهای داخلی) و ارتعاشات شبکه (مدهای شبکه) می باشد. ممکن است تعداد معینی اتم زمانی که کنار یکدیگر قرار می گیرند منجر به یک ساختار خاص گردند که دارای تقارن معینی می باشند. همان مجموعه اتمی می توانند در شرایط مختلف فیزیکی دارای تقارن متفاوتی باشند. در دو وضعیت فوق بلور منجر به طیف های رامان متفاوت می گردد. لذا هر گونه تغییری در فاصله بین اتمی یا بین مولکولی و همچنین محیط بین آن ها از قبیل تغییر و جایگزینی اتمها منجر به جابجایی در فرکانس های رامان می گردد.غالباً نور لیزر به نمونه برخورد می کند و نور بازتابیده از سطح نمونه بوسیله یک لنز جمع شده و بوسیله فیبری به آشکارساز مربوطه منتقل می شود. طول موج های نزدیک به طول موج لیزر که ناشی از برهمکنش الاستیک (پراکندگی ریلی) از سطح نمونه هستند بوسیله یک فیلتر جذب می شوند و پرتوهای بازتابیده شده ای که دارای تغییر فرکانسی هستند، عبور می کنند و به آشکارساز می رسند. طول موج هایی که دارای تغییر فرکانسی (طول موجی) هستند برای ما حائز اهمیتند که همان سیگنال های رامان محسوب می شوند.سطح مقطع پراکندگی رامان بسیار کوچک است و سخت ترین مرحله در این روش جدا کردن پرتوهای الاستیک ریلی از پرتوهای تغییر یافته فرکانسی رامان است. در گذشته از توری های هولوگرافیک و مراحل پاشش چندگانه برای حصول درجه بالایی از طرد پرتو لیزر استفاده می شد. در گذشته، فوتومالتی پلیرها، آشکارساز انتخابی برای دستگاه های رامان پاششی بودند که منجر به زمان جمع آوری داده طولانی میشد. با این وجود، دستگاهوری مدرن تقریباً به صورت جهانی از نوج یا فیلتر لبه ای notch or edge filters برای طرد پرتو لیزر و از اسپکتروگرافها چه تکفامساز عبور محوری (AT)، زرنی-ترنر (CT) یا اسپتروسکوپی تبدیل فوریه و آشکارسازهای CCD استفاده می کنند.
پراکندگی ناکشسان نور توسط آدولف اسمکال در سال 1921 پیش بینی شده بود ولی این پدیده در سال 1928 مشاهده شد. یکی از کاشفان این پدیده را اثر رامان به نام دانشمند هندی سر رامان که این اثر را با استفاده از نور خورشید مشاهده کرده بود به نام او نامیدند که در سال 1930 برای این کشف وی توانست نوبل فیزیک را دریافت کند.جمع بندی و چارچوب بندی این اثر فیزیکی توسط فیزیکدان جورج پلاکزیک چکوسلوواک بیسن سال های 1930 تا 1934 توسعه و کامل نمود. در حال حاضر به عنوان منبع از لیزر استفاده می شود.رنگ آبی آسمان سیاره ما ناشی از پراکندگی نور خورشید از مولکول های گازی موجود در جو می باشد. در این موقعیت پرسیدن این سؤال که چه کسی برای اولین بار این پراکندگی را مشاهده کرد، امری بیهوده است.افرادی مانند لئوناردو دا وینچی در قرن 15 میلادی و نیوتن در قرن 17 میلادی و کلوزیوس در قرن 19 میلادی سعی کردند که چرایی آبی بودن رنگ آسمان را توجیه کنند، گرچه غالب تئوری های آنان اشتباه بود. برای اولین بار در آزمایشگاه تیندال تأسیس 1986، توسط آقای ریلی در سال 1899 میلادی تئوری بیان شد که توانست پراکندگی نور را توجیه کند. این تئوری پراکندگی پاسخی بود به چرایی آبی بودن رنگ آسمان سیاره ما. پدیده رنگین کمان نیز گواه بزرگتری برای رنگی بودن نورهای بازتابیده و پراکنده شده در آسمان بود که پیدا کردن راه حل منطقی این سؤال که چرا رنگ آسمان آبی است را پیچیده تر و دشوارتر می کرد. بسیاری از دانشمندان تلاش های زیادی برای پاسخگویی این سؤال کردند تا اینکه مولوکوفسکی توانست در سال 1908 میلادی بهترین توجیه را به جامعه علمی ارائه دهد. این دانشمند مبنای توجه خود را بر افزایش قابل ملاحظه چگالی شدت در هنگام پراکندگی نور و تغییر فاز نور در هنگام شکست آن قرار داد. در سال بعد انیشتین ، در سال 1980 میلادی نشان داد که چگونه می توان این تغییرات را در متغیرهای ترمودینامیکی و همچنین شدت نور در زمان شکست را می توان دقیقاً اندازه گیری کرد. آقایان زرنیک و ارنشتاین برای پراکندگی نور رابطهٔ بدست آمده توسط انیشتین را در نقطه شکست تأیید کردند و به بیان دیگری تئوری پراکندگی نور حاصل از تغییرات شدت در نقطه شکست در اوایل قرن 20 میلادی به خوبی منسجم شد. بسیاری از اطلاعات خام تئوری مشاهده شده در آن زمان به کار گرفته شد تا با موفقیت این پدیده فیزیکی را توجیه کنند، همچنین در این میان، این اطلاعات توانست مقدار عدد آواگادرو را در نور پراکنده شده در گازها بادقت مشخص کند. مطالعات پراکندگی نور در کشورهایی مانند روسیه، فرانسه، هند و ایالات متحده آمریکا و آلمان به طور جدی دنبال می شد. در اوایل قرن 20 میلادی افرادی مانند رامان و کریشنان در هند و آقایان لندزبرگ و مندل در روسیه و کابانز و دائور در فرانسه پیشرو این زمینه بودند. این سه گروه در حال بررسی تغییر فرکانس نور پراکنده شده در شرایط مختلف فیزیکی بودند که دو گروه هندی و روسی مطالبی را مشاهده کردند که برنامه یا هدفی برای مشاهده آن نداشتند این یافته ها توسط این دو گروه مبنای تئوری مورد نظر ما می باشد. آقایان لندربرگ و مندل اشتام پراکندگی نور را در کوارتز و چند کریستال دیگر مورد بررسی قرار دادند تا نورهای بازتابیده که دچار تغییر فرکانس شده اند را بیابند. در همان زمان آقای رامان و کریشنان در کلکته هند هزاران کیلومتر دورتر از دانشمندان روسی در حال بررسی تغییرات نور در اثر کامپتون بودند. آن ها با چاپ سه مقاله در سال 1928 میلادی در این زمینه این اثر را به نام خود ثبت و شامل دریافت جایزه نوبل بخاطر کشفشان شدند این در حالی بود که گزارش آقایان رامان و کریشنان اندکی زودتر از گزارش دانشمندان روسی بود.امروزه مطالعات بر روی پراکندگی نور در زمینه تجربی و تئوری به هزاران شاخه منتهی می شود و چند هزار دانشمند و محقق به طور جدی بر روی این مسئله در حال تحقیق و کاوش هستند. نمودارهایی موجودند که بیان کننده حجم بالای مطالعات و تعداد کثیر مقالات چاپ شده در مورد این کشف درباره نور می باشند.
wiki: طیف سنجی رامان