میکروسکوپ رامان چیست؟

میکروسکوپ رامان چیست؟

اشتراک گذاری در email
اشتراک گذاری در twitter
اشتراک گذاری در linkedin
اشتراک گذاری در facebook
اشتراک گذاری در telegram
اشتراک گذاری در whatsapp
میکروسکوپ رامان، یک دستگاه میکروسکوپی مبتنی بر لیزر است که برای طیف سنجی رامان استفاده می‌شود. این دستگاه بر اساس تکنولوژی شناسایی مواد توسط طیف سنجی رامان و میکروسکوپ نوری معمولی تولید می‌شود. در این روش با استفاده از روش نقشه برداری نقطه‌ای، می‌توان نقشه‌های رامان را ثبت کرد. این امر برای نشان دادن توزیع فضایی اجزای مختلف شیمیایی یا اطلاعات نهفته در نمونه استفاده می‌شود.
نمایش میکروسکوپ رامان

فهرست مطالب

مقدمات اولیه

طیف سنجی رامان یک روش تحلیلی است که در آن از نور پراکنده برای اندازه گیری حالت‌های انرژی ارتعاشی یک نمونه استفاده می‌شود. این نام از فیزیکدان هندی C.V Raman گرفته شده است که همراه با شریک تحقیق خود K.S Krishnan  اولین کسی بود که در سال ۱۹۲۸ پراکندگی رامان را مشاهده کرد. رامان، یک روش پراکندگی نور است که به موجب آن یک مولکول، نور فرودی را از یک منبع نور لیزر با شدت بالا پراکنده می‌کند. بیشتر نور پراکنده شده در همان طول موج (رنگ) منبع لیزر است و اطلاعات مفیدی را ارائه نمی‌دهد. این نوع پراکندگی، پراکندگی ریلی نامیده می‌شود. با این وجود مقدار کمی از نور (به طورمعمول ۰.۰۰۰۰۰۰۱ در صد) در طول موج‌های مختلف پراکنده می‌شود که به ساختار شیمیایی آنالیت بستگی دارد که به این پراکندگی،‌ پراکندگی رامان می‌گویند. این طیف سنجی می‌تواند اطلاعات شیمیایی و ساختاری و هم‌چنین شناسایی مواد را از طریق مشخصه رامان آن‌ها فراهم کند. در واقع طیف رامان یک ماده، اثر انگشت آن ماده به شمار می‌رود.

طیف سنج رامان در مدل‌های مختلفی ساخته می‌شود. طیف سنج میکروسکوپ رامان، طیف سنج رامان، رامان کانفوکال و رامان پرتابل از جمله مدل‌های این طیف سنج هستند که در طول موج‌های مختلف (۱۰۶۴،۷۸۵،۵۳۲ نانومتر و …) تولید می‌شوند.

برخی از این طیف سنج‌ها فقط دارای یک طول موج هستند و بعضی دیگر هم‌زمان چند طول موج را شامل می‌شوند (دو لیزره و سه لیزره). شرکت تکسان، اولین شرکت ایرانی است که توانسته با استفاده از تجارب و دانش افراد،‌ طیف سنج رامان را در انواع مدل‌ها از جمله میکروسکوپ رامان،‌ رامان پرتابل و میکروسکوپ رامان دو لیزره، در طول موج های مختلف تولید کند.

میکروسکوپ رامان، یک دستگاه میکروسکوپی مبتنی بر لیزر است که برای طیف سنجی رامان استفاده می‌شود و از ترکیب تکنولوژی شناسایی شیمیایی توسط طیف سنجی رامان و میکروسکوپ نوری معمولی تولید می‌شود. از این روش برای ثبت نقشه‌های رامان، با استفاده از روش نقشه برداری نقطه ای، برای نشان دادن توزیع فضایی اجزای مختلف شیمیایی یا اطلاعات در نمونه استفاده می‌شود. به کار بردن میکروسکوپ در این دستگاه، با متمرکز کردن نور لیزر بر روی منطقه بسیار کوچکی از نمونه، امکان بررسی شیمیایی کوچکترین شئ (>۰.۵ میکرومتر) را فراهم می‌کند و موجب می‌شود تا تغییرات جزئی اما مهم در ریز ساختارها با توجه به ترکیب، جهت گیری، تبلور، اجزا و تنش، مورد بررسی قرار گیرد. مزایای این روش این است که نمونه بسیار کمی مورد نیاز است و اثرات خاصی نیز ممکن است در برخی از ناحیه های محلی (Localized‌) به خصوص در نمونه‌های ناهمگن، افزایش یابد.

به طور سنتی از میکروسکوپ رامان برای اندازه گیری طیف رامان از یک نقطه بر روی یک نمونه استفاده می شد، اما اخیراً این روش برای اجرای طیف سنجی رامان برای تصویربرداری شیمیایی مستقیم از کل میدان دید روی یک نمونه سه بعدی گسترش یافته است. وجود میکروسکوپ، امکان تولید تصاویر رنگی کاذب بر اساس طیف رامان نمونه وجود دارد. این تصاویر توزیع اجزای شیمیایی منفرد، چند شکلی و مراحل و تغییر در تبلور را نشان می‌دهد.

یک تصویر شیمیایی حاوی اطلاعات مولکولی در هر پیکسل است. هر یک از این پیکسل‌ها، از طیف‌های رامان تشکیل شده‌اند، یعنی این تصاویر رنگی کاذب، شامل تفسیرهای شیمیایی از این داده‌های طیفی است و می‌تواند برای تأکید و توصیف خصوصیات نمونه مانند ساختار شیمیایی و یا ترکیبات آن به کار رود.

ایجاد تصاویر رنگی با استفاده از میکرو رامان، بسیار ساده است. از هر قسمت نمونه، نقطه به نقطه (در یک منطقه مشخص و با فاصله مشخص) طیف‌های رامان گرفته می‌شود که اطلاعات مکانی را به داده‌های رامان اضافه می‌کند. در این فرایند، نمونه ذره به ذره زیر لیزر جا به جا شده و نور لیزر بر روی یک نقطه متمرکز می‌شود. این عمل تا زمانی ادامه می‌یابد که کل منطقه مورد نظر به اصطلاح نقشه برداری شود. اطلاعات مکانی به دست آمده می‌تواند یک، دو یا سه بعدی باشد؛ بنابراین امکان کاوش شیمیایی در نمونه را فراهم می‌کند. با استفاده از این اطلاعات می‌توان همگن بودن، توزیع اجزا یا اطلاعات مربوط به ذرات و سایر آلاینده‌ها را به دست آورد.

متداول‌ترین روش برای تولید تصاویر رامان، شدت قله‌های طیف رامان، نشان دادن توزیع و غلظت شیمیایی است. البته روش‌های دیگری مانند شدت قله‌های متعدد، تغییر قله، نسبت قله، عرض پیک و … نیز به کار می‌روند. مقادیر پیکسل معمولاً به صورت مقیاس‌هایی از رنگ خاکستری یا رنگی نمایش داده می‌شوند.

از طیف سنج میکرو رامان می‌توان برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های مختلف استفاده کرد. این روش به طور کلی برای تجزیه و تحلیل موارد زیر مناسب است: جامدات، پودرها، مایعات، ژل‌ها، دوغاب‌ها و گازها مواد غیر آلی، آلی و بیولوژیکی مواد شیمیایی خالص، مخلوط‌ها و محلول‌ها اکسیدهای فلزی و خوردگی. در کنار همه مزیت‌هایی که میکروسکوپ رامان نسبت به سایر روش ها دارد، دارای محدودیت‌هایی هم هست. برای مثال از این طیف سنج نمی‌توان برای موادی مانند فلزات و آلیاژهای آنها استفاده کرد. طیف سنج میکرو رامان در زمینه‌های بسیار وسیعی کاربرد دارد. برای این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • هنر و باستان شناسی: توصیف رنگدانه‌های موجود در سرامیک‌ها و نقاشی‌ها و …، شناسایی سنگ های قیمتی
  • مواد کربنی: ساختار و خلوص نانو لوله‌ها،‌ مشخصه نقص یا اختلال
  • شیمی: نظارت بر ساختارها، خلوص و واکنش‌ها
  • زمین شناسی: شناسایی و توزیع مواد معدنی، اجزا مایع و انتقال فاز
  • زیست شناسی: تک سلول و بافت، تداخل دارویی،‌ تشخیص بیماری
  • داروسازی: یکنواختی محتوا و توزیع مؤلفه‌های نیمه هادی‌ها، خلوص و ترکیب آلیاژها
  • و هزار کاربرد دیگر در شاخه‌های مختلف.

در برخی موارد سیگنال رامان، بسیار ضعیف است. برای رفع این مشکل تکنیک هایی مانند SERS، TERS و … وجود دارد که برای افزایش سیگنال به نویز رامان به کار می رود.

یکی دیگر از مدل‌های میکرو رامان، رامان کانفوکال است. در این تکنیک علاوه بر بزرگ نمایی بالای نمونه و تجزیه و تحلیل رامان با نقطه اثر لیزری، آنالیز عمقی نمونه قابل دست‌یابی خواهد بود. میکروسکوپ رامان کانفوکال در بسیاری از زمینه‌‌های مختلف از جمله علم مواد، پلیمرها، فیلم‌های نازک، نیمه هادی­‌ها، ویژگی­‌های گرافن یا مواد کربنی دیگر، داروسازی، لوازم آرایشی و بهداشتی، پزشکی قانونی، زمین‌شناسی، کانی‌شناسی و علوم زیستی استفاده می‌شود.

جمع بندی

طیف سنج رامان در مدل‌های مختلفی وجود دارد. یکی از این مدل‌ها طیف سنج میکرو رامان است. این دستگاه از ترکیب میکروسکوپ نوری و تکنولوژی شناسایی شیمیایی توسط طیف سنجی رامان ساخته می‌شود و دارای طول موج‌های مختلفی است. وجود میکروسکوپ در طیف سنج رامان موجب شده تا این دستگاه توانایی شناسایی مواد بسیار کوچک را داشته باشد،‌ هم‌چنین از این وسیله برای تصویر برداری رامان نیز می‌توان بهره جست. یک تصویر شیمیایی حاوی اطلاعات مولکولی در هر پیکسل است. از میکرو طیف سنج رامان در زمینه های مختلفی مانند پزشکی عمومی، داروسازی، علوم زیستی، فیزیک، شیمی، هنر، زمین شناسی و … استفاده می‌شود.

منابع

  1. Krishna R, Unsworth TJ, Edge R. Raman Spectroscopy and Microscopy. In: Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. Elsevier; 2016:1-15. doi:10.1016/B978-0-12-803581-8.03091-5
  2.  Raman microscope – Wikipedia
  3. What is Raman Spectroscopy? | Raman Spectroscopy Principle
  4. Science of micro Raman spectroscopy
  5. What is Raman Microscopy?
  6. Guide to Raman Imaging

felis ut ut risus. Sed elementum mattis tristique commodo vulputate, ante.