بخشی از مقاله
چکیده - در این تحقیق با استفاده از یک لیزر پالسی و طیف سنج اشل و اشکار ساز حساس ICCD طیف رامان چهار نمونه سیکلوهگزان، تولوئن، کلروفرم و استونیتریل بدست آمده است. از انجائیکه در این تحقیق پالس لیزر بدون کانونی شدن روی سطح نمونه تابانده میشود، چیدمان حاضر به نقطه کانونی حساس نیست و خطوط رامان با اپتیک سادهتری قابل اشکارسازی است. نتایج بدست آمده نشان میدهد که چیدمان حاضر قابلیت ثبت خطوط ضیعف رامان استوکس و انتی استوکس را دارد. علاوه بر این استفاده از لیزر پالسی باعث حذف فلورسنس شده و خطوط رامان با کیفیت بهتری اشکار میگردند.
-1 مقدمه
اسپکتروسکوپی رامان برای اولین بار در سال 1928 میلادی ثبت شد و با ساخت و پیشرفت لیزرها و ابزارهای اپتیکی به آرامی پیشرفت کرد و هم اکنون در حوزههای مختلف از مکانیک تا پزشکی به عنوان یک روش آشکارسازی و آنالیز غیر مخرب مولکولی مورد توجه قرار گرفته است. این تکنیک به دلیل ضعیف بودن ذاتی اثر رامان نیاز به دقت و حساسیت بالا دارد.
بنابراین برای دریافت پرتوهای رامان نیاز به قطعات اپتیکی و فیلترهای دقیق و آشکارسازهای حساس است. در این تحقیق با استفاده از طیف سنج اشل و آشکارساز ICCD پرتوهای رامان بدست آمده است. اغلب در طیف سنجی رامان از لیزرهای پیوسته استفاده میشود. در اینجا قابلیتهای لیزر پالسی در طیف سنجی پرتوهای رامان نشان داده میشود. سه نمونه مایع سیکلوهگزان، تولوئن و کلروفرم که اغلب به عنوان نمونه های شاخص در طیف سنجی رامان استفاده میشوند مورد آزمایش قرار گرفته است. علاوه بر این طیف رامان نمونه استونیتریل که دارای طیف ضعیفتری میباشد نیز بدست امده است.
-2 تئوری اسپکتروسکوپی رامان
در پراکندگی رامان، فوتون فرودی با ماده برهمکنش می-کند و طولموج آن به طولموجهای بیشتر - پراکندگی رامان استوکس - یا کمتر - پراکندگی رامان آنتیاستوکس - شیفت مییابد. اتفاقی که در این فرایند میافتد این است که فوتون با ابرالکترونی پیوندهای گروههای عاملی برهم-کنش میکند و الکترون را به یک حالت مجازی برانگیخته میکند. سپس الکترون از حالت مجازی به یک حالت ارتعاشی یا چرخشی - اغلب - برانگیخته واهلش مییابد.
در نتیجه فوتون مقداری از انرژی خود را از دست میدهد و به صورت پراکندگی رامان استوکس آشکارسازی میشود. انرژی از دست داده شده ارتباط مستقیمی با گروه عاملی، ساختار مولکولی که به آن متصل است، اتمهای آن مولکول و محیط آن دارد.[ 1] سطح مقطع پراکندگی رامان، ، به ماتریس تانسور قطبشپذیری، ، بستگی دارد و به ویژگیهای تقارنی حالتهای مولکولی وابسته است. به طول پیوند بستگی دارد و پیوندهای کوتاهتر سختتر قطبیده میشوند.
طیفهای رامان هر مولکول منحصر به فرد هستند. از این-رو میتوان مانند "اثرانگشت" از آن در تشخیص ترکیبات مولکولی روی یک سطح، درون یک مایع یا در هوا استاده کرد. همچنین تکنیک رامان میتواند نمونهها را به روش غیرتماسی و غیرمخرب از میان مواد شفاف و یا نیمهشفاف بررسی کند. دقت آشکارسازی رامان به عوامل مختلف از جمله طولمسیر، طولموج لیزری بهکاررفته و ماده خاص بستگی دارد.
-3 چیدمان تجربی
چیدمان آزمایش در شکل - - 1 نشان داده شده است. هارمونیک دوم لیزر پالسی Nd:YAG با طولموج 532nm و پهنای زمانی پالس 5 نانوثانیه و انرژی 10mJ به عنوان چشمه القای پراکندگی رامان بهکار رفت. برای جداسازی طول موج 1064 از پرتو لیزر، باریکه لیزر پس از بازتاب از آینه 532 و بدون کانونی شدن بر نمونه فرود میآید. نور پراکنده شده از نمونه در راستای عمود بر باریکه فرودی بهوسیله عدسی با فاصله کانونی 3.5cm جمع میشود.
این عدسی در فاصله 3.5cm از مکان برخورد باریکه لیزر به مرکز نمونه مایع تنظیم شده است. نور پراکنده شده پس از عبور از عدسی و فیلتر بوسیله یک عدسی شیی 10X روی فیبر نوری متمرکز میشود. نور پس از عبور از فیبر نوری وارد اسپکتروگراف شده و طیف رامان روی آشکارساز ثبت میشود. در شروع آزمایش ابتدا طیف زمینه، بدون حضور باریکه لیزر، ثبت میشود و سپس طیف زمینه از طیفهای پراکندگی ثبت شده کم میشود.
نمونههای مورد آزمایش چهار مایع شیمیایی شفاف است که در جدول1 فهرست شدهاند. نمونهها در حالی که درون ظرف شیشهای دربسته قرار داشتند آزمایش شدند. طیف-های رامان بهدستآمده برای این چهار ماده در شکلهای 2 و 3 دیده میشوند و خطوط طیفی رامان سیکلوهگزان و تولوئن به ترتیب در جدولهای 2 و 3 آمده است. در طیف بهدست آمده برای کلروفرم، خطوط رامان آنتیاستوکس را نیز به خوبی میتوان دید.
لازم به ذکر است که طیفهای نمایش داده شده طیفهای خام بدستآمده در آزمایش است و تحت فرایندهای پردازش طیف قرار نگرفتهاند. در شکلهای - 2 - و - - 3 بزرگترین خط که در سمت چپ طیف قرار دارد، خط لیزر است که با وجود تضعیف ناشی از فیلتر همچنان شدت نسبتا بالایی دارد. در این شکلها، محور عمودی شدت و محور افقی شیفت طول موج فوتون پراکنده نسبت به طول موج لیزر فرودی میباشد. خطوط سمت راست خط لیزر - خط واقع در نقطه صفر محور افقی - پراکندگی رامان استوکس و خطوط سمت چپ، پراکندگی رامان آنتی استوکس را نشان میدهند.
