รามันกระจาย

การกระเจิงของรามันหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าเอฟเฟกต์รามันเป็นปรากฏการณ์ทางแสงที่ปฏิสัมพันธ์ของแสงกระตุ้นที่เข้ามากับตัวอย่างจะสร้างแสงที่กระจัดกระจาย พลังงานของแสงที่กระจัดกระจายจะลดลงโดยโหมดการสั่นสะเทือนของพันธะเคมีที่มีอยู่ในชิ้นงานทดสอบ

เมื่อแสงจากเลเซอร์ (ความถี่เดียว ) สัมผัสกับตัวอย่าง มันจะเปลี่ยนโพลาไรซ์ของเมฆอิเล็กตรอนของโมเลกุล ทําให้โมเลกุลอยู่ใน สถานะพลังงานเสมือนชั่วคราวที่สูงขึ้น สถานะเสมือนจริงนี้มีอายุสั้น และพลังงานที่ปล่อยออกมาใหม่จะถูกปล่อยออกมาเป็นแสงที่กระจัดกระจาย

แสงที่กระจัดกระจายสามารถ:

• ยืดหยุ่น (Rayleigh Scattering) พลังงาน ที่ปล่อยออกมาจะ อยู่ที่ความถี่เดียวกับ การแผ่รังสีที่ ตกกระทบ  หรือ 
• ไม่ยืดหยุ่น (Raman Scattering) การ ปลดปล่อยพลังงานจะอยู่ที่ ความถี่ที่สูงกว่าหรือต่ํากว่าการแผ่รังสีที่ตกกระทบ

กระบวนการกระเจิงของรามันตามที่อธิบายไว้โดยกลศาสตร์ควอนตัมคือเมื่อโฟตอนมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลและโมเลกุลอาจก้าวไปสู่สถานะเสมือนที่มีพลังงานสูงขึ้น จากสถานะพลังงานที่สูงขึ้นนี้ อาจมีผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสองสามประการ ผลลัพธ์อย่างหนึ่งคือโมเลกุลจะผ่อนคลายไปยังระดับพลังงานการสั่นสะเทือนที่แตกต่างจากสถานะเริ่มต้นโดยสร้างโฟตอนที่มีพลังงานต่างกัน ความแตกต่างระหว่างพลังงานของโฟตอนตกกระทบและพลังงานของโฟตอนที่กระจัดกระจายเรียกว่าการเลื่อนรามัน

เมื่อการเปลี่ยนแปลงของพลังงานของโฟตอนที่กระจัดกระจายน้อยกว่าโฟตอนที่กระทบกระทบการกระเจิงจะเรียกว่าการกระเจิงของสโตกส์ โมเลกุลบางชนิดอาจเริ่มต้นในสภาวะตื่นเต้นจากการสั่นสะเทือน และเมื่อก้าวไปสู่สถานะเสมือนพลังงานที่สูงขึ้น พวกมันอาจผ่อนคลายไปสู่สถานะพลังงานสุดท้ายที่ต่ํากว่าสถานะตื่นเต้นเริ่มต้น การกระเจิงนี้เรียกว่าการต่อต้านสโตกส์ 

มีวิธีการกระเจิงรามันที่แตกต่างกันให้เลือกทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะเหนือวิธีอื่น นอกจากนี้ วิธีการกระเจิงของรามันเหล่านี้ไม่สามารถทําได้บนสเปกโตรมิเตอร์รามันตัวเดียว วิธีการเหล่านี้ต้องการการตั้งค่าเฉพาะที่มีตั้งแต่การกําหนดค่าเครื่องมือที่ค่อนข้างง่ายในราคาปานกลางไปจนถึงอุปกรณ์ที่ค่อนข้างซับซ้อนและมีราคาแพง อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ความเข้าใจปฏิกิริยาในแหล่งกําเนิดแบบเรียลไทม์และการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ หนึ่งในวิธีการกระเจิงของรามันต่อไปนี้อาจเป็นวิธีเดียวที่จะทําเช่นนั้น:

• การกระเจิงรามันกระตุ้น (SRS)
• การกระเจิงรามันที่ปรับปรุงพื้นผิว (SERS)
• การกระเจิงรามันต่อต้านสโตกส์ที่สอดคล้องกัน (CARS)

โฟตอนส่วนใหญ่จะกระเจิงอย่างยืดหยุ่นเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุล เศษส่วนเล็ก ๆ (ประมาณ 1 ใน 10 ล้านโฟตอน) กระจัดกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นโดยมีความถี่ที่แตกต่างจากและมักจะมีความถี่ต่ํากว่าโฟตอนที่ตกกระทบ โฟตอนที่กระจัดกระจายอย่างยืดหยุ่นเรียกว่าการกระเจิงของเรย์ลีห์และไม่มีค่าการวิเคราะห์ โฟตอนที่กระจัดกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นเรียกว่าการกระเจิงของรามัน

CV Raman แสดงให้เห็นว่าพลังงานของโฟตอนที่กระจัดกระจายอย่างไม่ยืดหยุ่นทําหน้าที่เป็น 'ลายนิ้วมือ' สําหรับสารที่กระจายแสง ด้วยเหตุนี้ รามันสเปกโทรสโกปีจึงถูกนํามาใช้กันทั่วไปในห้องปฏิบัติการเคมีและกระบวนการเพื่อระบุวัสดุแทบทุกชนิด

แผนภาพระดับพลังงานที่ระบุในรูปแสดงให้เห็นถึงการกระเจิงของรามัน สถานะ เริ่มต้นโดยทั่วไปคือสถานะระดับการสั่นสะเทือนของพื้นดิน (v0) และสถานะ สุดท้าย (v1) การกระเจิงของรามันต้องใช้สองขั้นตอนสําหรับโมเลกุลสู่การกระเจิงของรามัน:

1. พลังงานโฟตอนที่กระตุ้นโมเลกุลให้เป็นสถานะ พลังงานเสมือน
2. โมเลกุลจะผ่อนคลาย (รามันกระจัดกระจาย) ไปยังสถานะพื้นดินที่สูงขึ้น (เช่น v1)

การกระเจิงของเรย์ลีห์หรือที่เรียกว่าการกระเจิงแบบยืดหยุ่นเกิดขึ้นหากความถี่การกระตุ้นเท่ากับการแผ่รังสีที่กระจัดกระจายดังแสดงในรูปที่ 1 (E1=E2) การ กระ เจิงของเรย์ลีห์ไม่ได้ให้ข้อมูลใด ๆ เกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของโมเลกุล

การกระเจิงของ Stokes หรือที่เรียกว่าการ กระเจิงแบบไม่ยืดหยุ่น เกิดขึ้นหากโมเลกุลมีการเปลี่ยนแปลงสุทธิของพลังงานการสั่นสะเทือนดังที่แสดงทางด้านขวาของรูป (E1>E2) ตรงกันข้ามกับการกระเจิงของ Rayleigh การกระเจิงของ Stokes ให้ข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของโมเลกุล

พหุสัณฐานของคริสตัล: พหุสัณฐานเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุล  สามารถดํารงอยู่ในสถานะผลึกได้มากกว่าหนึ่งสถานะ วัสดุ ผลึกหลาย ชนิดสามารถสร้างโพลีมอร์ฟที่แตกต่างกันเพื่อลดพลังงานตาข่ายผลึกภายใต้สภาวะอุณหพลศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจง แม้ว่า ธรรมชาติทางเคมีจะยังคง  เหมือนเดิม แต่คุณสมบัติทางกายภาพ (ความสามารถในการละลาย การละลาย นิวเคลียส และจลนพลศาสตร์การเจริญเติบโต การดูดซึม สัณฐานวิทยา และคุณสมบัติการแยก) อาจแตกต่างกันไปตามโพลี มอร์ฟ รา มันสเปกโทรสโกปีเหมาะอย่างยิ่งสําหรับการบันทึกความแตกต่างในรูปแบบและในการวัดรูปแบบในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ตกผลึก

พอลิเมอไรเซชัน:  รามันสเปกโทรสโกปีมีแนวโน้มที่จะให้สัญญาณที่แรงกว่า (มากกว่า IR) จากกระดูกสันหลังของโมเลกุล โดยเฉพาะพันธะคาร์บอนคู่และสามเท่า ด้วยเหตุนี้  รามันจึงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสําหรับการระบุโพลีเมอร์และตรวจสอบปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน การวิเคราะห์โครงสร้างจุ ลภาคระหว่างพอลิเมอไรเซชัน และการคํานวณความหนาแน่นของโพลีเอทิลีน (LDPE/HDPE) เป็นเพียงการใช้งานจริงบางส่วนที่ใช้รามันสเปกโทรสโกปี

การสังเคราะห์ทางเคมี: สเปกโทรสโกปีรามันในแหล่งกําเนิด เป็นเทคนิคที่มีประโยชน์ในการตรวจสอบตัวแปรปฏิกิริยาที่สําคัญของการสังเคราะห์ทางเคมีที่อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี อาจไม่ไวเท่า (เช่น ซิลิโคน ไทออล ได ซัลไฟด์ ฯลฯ) ตัวแปรปฏิกิริยาที่สําคัญ เช่น การเริ่มต้น จุดสิ้นสุด จลนศาสตร์ ตัวกลางชั่วคราว และข้อมูลเชิงกลไก เป็นสิ่งสําคัญที่ต้องทราบและกําหนดลักษณะอย่างครบถ้วนเพื่อให้แน่ใจว่ามีวิธีการพัฒนากระบวนการที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

รามันสเปกโทรสโกปี เป็นรูปแบบการกระเจิงของโมเลกุลสเปกโทรสโกปีและมัก ถูกเปรียบเทียบ กับสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดเนื่องจากทั้งสองให้ข้อมูลเกี่ยวกับ  โครงสร้างและคุณสมบัติของโม เลกุลจากการเปลี่ยนผ่านการสั่นสะเทือน ในทางตรงกันข้ามกับ Raman สเปกโทรสโกปี IR เป็นเทคนิคการ  ดูดกลืนที่เกิดขึ้นเมื่อ  ความถี่ของแสงที่เข้ามาเท่ากับ ความถี่การสั่นสะเทือนของโหมดการสั่นสะเทือนเฉพาะของโมเลกุลซึ่งช่วยให้ โฟตอนถูกดูดซับ (ไม่กระ จัดกระจาย) นี่คือเหตุการณ์โฟตอนเดียวที่สัมพันธ์กับ โมเมนต์ไดโพลของโมเลกุล

การเปลี่ยนเฉพาะโมเลกุลเหล่านี้สําหรับทั้ง IR และ Raman เมื่อพล็อตเป็นสเปกตรัม จะให้รูปแบบหรือลายนิ้วมือเฉพาะสําหรับสารประกอบ ที่กําลัง ตรวจสอบ เนื่องจากคุณสมบัติสมมาตรของโมเลกุลการสั่นสะเทือนที่เห็นในสเปกตรัมรามันอาจมองไม่ เห็น (หรือสังเกตได้อ่อนแอ) ใน สเปกตรัม IR และในทางกลับกันเมื่อสอบถามโมเลกุลที่ไม่สมมาตร พฤติกรรมนี้สรุปไว้ในกฎการเลือกที่ควบคุม ปฏิสัมพันธ์ประเภทนี้ จาก ข้อมูลโมเลกุลที่คล้ายคลึงกัน แต่ไม่ซ้ําใครที่ได้รับจาก เทคนิคเหล่านี้ Raman และ IR ถือเป็น เทคโนโลยีเสริม

เลเซอร์ทําหน้าที่เป็นแหล่งกระตุ้นเพื่อทําให้เกิดการกระเจิงของรามันใน สเปกโตรมิเตอร์รามันสมัยใหม่ซึ่งมี ส่วนพื้นฐานหลายประการ สายเคเบิลใยแก้วนําแสงใช้เพื่อส่งและรับพลังงานเลเซอร์ จากตัวอย่าง การกระเจิงของ Rayleigh และ Anti-Stokes จะถูกลบออกด้วยฟิลเตอร์ รอยบากหรือขอบ และแสงที่ยังคงกระจัดกระจายโดย Stokes จะถูกส่งไปยังองค์ประกอบการกระจาย ซึ่งมักจะเป็นตะแกรงโฮโลแกรม  จากนั้นแสงจะถูกจับโดยเครื่องตรวจจับ CCD ซึ่งสร้างสเปกตรัมรามัน  สิ่งสําคัญคือต้องใช้ส่วนประกอบคุณภาพสูงที่เข้ากันได้ดีทางแสงในสเป กโตรมิเตอร์รามัน เนื่องจาก การกระเจิงของรามันทําให้เกิดสัญญาณจางๆ

ความสําเร็จของ รามันสเปกโทรสโกปี มาจากสิ่งต่อไปนี้:

• การใช้เลเซอร์ไดโอดขนาดกะทัดรัดและเสถียรมากสําหรับการกระตุ้น

• สเปกโตรมิเตอร์ขนาดเล็กและแสงจรจัดต่ํา

• ความก้าวหน้าในการออกแบบและผลิตฟิลเตอร์ออปติคัลที่มีประสิทธิภาพและแม่นยําเพื่อเลือกและแยกการ กระเจิงของรามันออกจากความยาวคลื่นเลเซอร์ (การกระเจิงของเรย์ลีห์ )

• อาร์เรย์ CCD ประสิทธิภาพสูงเพื่อตรวจจับและประมวลผลสัญญาณ  รามันที่กระจัดกระจายที่อ่อนแอ

คุณสมบัติเหล่านี้มีส่วนช่วยในเครื่องมือวัดที่ทําให้รามันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในห้องปฏิบัติการ วิเคราะห์และพัฒนากระบวนการ

รา มันสเปกโตรมิเตอร์ สามารถใช้ร่วมกับ เครื่องปฏิกรณ์ในห้องปฏิบัติการอัตโนมัติ เพื่อเป็นเวิร์กสเตชันที่ไม่เหมือนใครและเป็นอัตโนมัติ สําหรับการตรวจสอบ การตกผลึก และโพลีมอร์ฟ ซึ่งช่วยประหยัดเวลาและทรัพยากรอันมีค่า การแบ่งปันข้อมูลระหว่างระบบให้ภาพรวมที่ครอบคลุมและรายงานเหตุการณ์สําคัญ (เช่น การให้ยา การเปลี่ยนแปลงทางความร้อน การเริ่มต้นของการเปลี่ยน polymorph การสิ้นสุดของการเปลี่ยนแปลง ฯลฯ) ทั้งหมดในการทดลองครั้งเดียว 

ตั้งแต่การรวบรวมข้อมูลไปจนถึงการวิเคราะห์ ReactRaman™ กับ iC Raman™ นําการวิเคราะห์องค์ประกอบ มาสู่ห้องปฏิบัติการทุกแห่ง การเลือกพารามิเตอร์อัตโนมัติให้การรวบรวมข้อมูลที่แม่นยํา ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ได้ผลลัพธ์ที่เชื่อถือได้ ถูกต้องครั้งแรกทุกครั้งในทุก กระบวนการกับผู้ใช้ทุกคน

ประสิทธิภาพที่กะทัดรัด
ประสิทธิภาพระดับแนวหน้าพร้อมความเสถียรและความไวที่ยอดเยี่ยมในแพ็คเกจขนาดกะทัดรัดที่ วางซ้อนกันได้ การปรับใช้สามารถอยู่ที่ใดก็ได้ในห้องปฏิบัติการสําหรับแบทช์หรือโฟลว์ ขั้วต่อที่ทนทานเพียงตัวเดียว ให้ความปลอดภัยโดย ธรรมชาติและช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจัดตําแหน่งสําหรับ การวัดที่ไร้กังวล 

การทดลองที่เต็มไปด้วยข้อมูล
การเก็บและวิเคราะห์ข้อมูลทําได้ง่ายและรวดเร็วด้วยซอฟต์แวร์ iC มาตรฐานอุตสาหกรรม สําหรับการวิเคราะห์ปฏิกิริยา ซอฟต์แวร์ iC รวมสตรีมข้อมูลมุม ฉากหลายรายการเข้าด้วยกันเพื่อเชื่อมโยงตัวแปรกระบวนการที่ขับเคลื่อนความเข้าใจกระบวนการที่ครอบคลุม 

ความเชี่ยวชาญร่วมกัน
การติดตั้ง PAT หลายพันแห่งทั่วโลกและประสบการณ์สี่ทศวรรษถูกสร้างขึ้น ใน ReactRaman 802L ทีมสนับสนุนผู้เชี่ยวชาญระดับโลกของเรามุ่งมั่นที่จะสร้างความมั่นใจให้กับ ความสําเร็จของผู้ใช้ผ่านการฝึกอบรมและการพัฒนาแอปพลิเคชัน ทั้งแบบตัวต่อตัวหรือแบบเสมือนจริงเมื่อ ใดก็ตามที่จําเป็น