Эффект Рамана (или комбинационное рассеяние света) был открыт в начале XX века независимо Г. Ландсбергом и Л. Мандельштамом в МГУ (Москва) и индийским физиком Ч. Раманом в университете Калькутты. Они обнаружили, что молекулы вещества рассеивают монохроматический свет, причем спектр рассеянного излучения (а именно число и расположение спектральных линий) определяется химическим составом и строением вещества.
Длительное время рамановские спектрометры оставались дорогими и громоздкими приборами. Однако с середины 1990-х годов они заменяются более компактными, легкими в использовании спектрометрами с большей чувствительностью. На сегодняшний день существуют портативные рамановские спектрометры, которые вместе с микроскопной приставкой и ПК для анализа данных легко помещаются на одном рабочем столе.
Суть метода
Рамановский спектрометр является мощным аналитическим инструментом, способным решать множество задач в таких областях, как: диагностика веществ в биологии и медицине; изучение полимерных и химических процессов; исследование окружающей среды; судебная экспертиза (получение отпечатков пальцев); геммология (анализ драгоценных камней); геология и минералогия; сельскохозяйственная отрасль; пищевая промышленность; изучение полупроводников и пр.
В спектроскопии комбинационного рассеяния используется монохроматический источник света видимого, ближнего ультрафиолетового или инфракрасного диапазонов, создаваемый лазером. При взаимодействии с образцом этот свет преимущественно рассеивается без потери энергии (Рэлеевское рассеяние) и не дает полезного сигнала. Лишь один фонон из миллиона рассеивается неупруго, т.е. между светом и веществом образца происходит перераспределение энергии. Это рассеяние света и называется комбинационным (КР) или рамановским. В результате него, энергия рассеянного света может как уменьшаться (Стоксово рассеяние), так и увеличиваться (анти-Стоксово рассеяние). Как правило, под спектром КР понимают более интенсивную Стоксову часть.
Результаты съемки КР представляются в виде графика, вдоль вертикальной оси которого откладывается интенсивность рамановского излучения, по горизонтальной оси – сдвиг рамановского излучения, т.е. разница частот между источником света (частота Релеевского рассеяния) и рамановским излучением (частота Стоксовой линии). Сдвиг рамановского излучения выражается в волновых числах (см-1 – обратных сантиметрах).
Процесс рассеяния монохроматического света происходит совместно с процессом его поглощения. При этом некоторые минералы излучают свет меньшей энергии. Такое излучение называется фотолюминесценцией, линии которой обычно значительно интенсивнее линий КР. Таким образом, при помощи рамановского спектрометра можно одновременно получать спектр КР и спектр фотолюминесценции исследуемого образца.
Совершенствование спектрометрического оборудования открывает новые возможности для использования метода. Сегодня принцип КР положен в основу рамановского микроскопа, датчиков, портативного раман спектрометра и других специальных приборов, которые используются в разных сферах.
Преимущества рамановских анализаторов
Оборудование подходит как для изучения свойств отдельного микрообъекта, так и для многокомпонентных образцов. Отличается высокой скоростью сканирования. Не разрушает структуру образца, не требует использования химических меток. Подходит для выполнения качественного и количественного анализа смесей. Оценивает характеристики светопропускания и отражения. Осуществляет позиционирование объекта и фокусировку цифровой камерой. Имеет компактные размеры – для комфортного использования в тесных лабораториях.
Спектрометры анализаторы могут применяться для исследований веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии. Благодаря таким возможностям, спектрометры используются для: контроля качества на производстве; научных исследований; контроля концентрации цветных металлов в драгоценностях; определения токсических веществ в продуктах; контроля загрязненности окружающей среды (анализ образцов, воды, воздуха, грунта); определения степени загрязненности нефти и ее производных.
Варианты измерений:
- временные последовательности: мониторинг состояния образца в динамике (например, через определенные промежутки времени);
- линейное сканирование: изучение объекта по всей поверхности или в глубину (в разрезе);
- демонстрация области: генерация горизонтальных изображений и вертикальных срезов;
- трехмерные изображения: создание картинки, на которой можно визуально оценить внутреннюю структуру объекта;
- это гибкое в настройке оборудование, которое можно отрегулировать для повышения качества конкретных измерений.
Преимущества использования рамановской и люминесцентной спектроскопии: производство рамановских анализаторов выполняется в России; работа под конкретного клиента и его потребности – возможно изменение функционала и возможностей стандартных моделей, если клиенту требуется корректировка или доработка инструмента под конкретные задачи; применение инновационных технологий, повышающих точность анализа и надежность инструмента.
Применение в геммологии
Спектрометр для драгоценных камней используется в ситуациях, когда требуется высочайшая точность при изучении минералов. Для спектрального анализа камня устройство использует принцип рассеяния света и свечения (люминесценции) камней под действием лазера, что позволяет определять подлинность драгоценных камней, а также находить и изучать примеси.
Рамановские спектрометры для камней выполняют следующие функции: оценку подлинности драгоценных камней неразрушающим методом (отдельных и в составе ювелирных изделий); идентификацию и проверку драгоценных и полудрагоценных образцов; определение натуральных камней и синтетических изделий; работу с неизвестными и редкими камнями; оценку минеральных соединений в сложных случаях (например, при анализе непрозрачных минералов); локализацию изоморфных соединений и подвидов; геммологический анализ инородных включений в объекте (в том числе газово-жидких); определение заполняющих структур; оценку степени облагораживания бриллиантов IIа типа; контроль подделок.
Применение в сельском хозяйстве
Использование спектрометров в сельском хозяйстве позволяет изучать особенности развития различных культур. Возможно исследование почвы, кормов, урожая, а также анализ малых концентраций сельхозпродукции. Современные экспресс-анализаторы подходят для оценки качества семян. Оборудование позволяет оценить есть ли в исследуемом объекте токсичные примеси и другие вредные компоненты. Рамановский и люминесцентный анализ пригоден для выявления зерна, пораженного сельскохозяйственными вредителями, плесенью или обработанного инсектофунгицидами. Анализ также используется для определения элементного состава удобрений. Оборудование отлично подходит для контроля качества в сфере сельского хозяйства.
Применение в архиологии
В археологических исследованиях часто применяются люминесцентные методы спектрального анализа, особенно востребована фотолюминесценция. Излучение регистрируется с помощью спектрографа или спектрометра.
Одним из лучших приборов для археологического анализа различных материалов, объектов и веществ является рамановский микроскоп М532/785. Устройство предназначено для создания увеличенных изображений микроскопических деталей структуры исследуемых веществ. Также применяется для анализа характеристик образца с использованием рамановских и фотолюминесцентных спектров.
Где купить?
Заказать спектрометр с гарантией качества вы можете в компании «Спектр-М» – единственного производителя подобного оборудования в России. Спектрометры высокого качества и продаются по цене не выше зарубежных аналогов. Для каждого клиента специалисты предприятия производят устройства с учетом пожеланий, чтобы они соответствовали области применения.
141135, Россия, МО, Щелковский район, дер. Огуднево, д. 19а
тел.: +7 (496) 255-80-20
e-mail: info@enspectr.ru
www.enspectr.ru
