Quang phổ Raman là một phát hiện giúp các nhà nghiên cứu phân tích nhanh chóng khi cần xác định cấu trúc các phân tử và thành phần cấu tạo nên hợp chất. Bài viết hôm nay Hapoin sẽ cùng bạn đọc đi tìm hiểu quang phổ Raman là gì? nó hoạt động như thế nào và tại sao nó lại phổ biến trong các phòng nghiên cứu hay trong các công ty ứng dụng khoa học công nghệ đến vậy?
Quang phổ Raman là gì?
Raman là một dạng quang phổ phân tử được quan sát dưới dạng ánh sáng tán xạ không đàn hồi khi mẫu bị kích thích bởi tia laser. Quang phổ raman là một kỹ thuật phân tích được phát hiện bởi C. V. Raman những năm 1928 dựa trên hiện tượng tán xạ raman. Trong đó, ánh sáng tương tác với các phân tử trong mẫu vật dẫn đến sự thay đổi trong năng lượng của các photon. Hiện tượng này được dùng để xác định các dao động phân tử đặc trưng cho cấu trúc hóa học của mẫu vật.
Tìm hiểu về quang phổ raman (Ảnh: Internet)
Nguyên lý hoạt động của Raman
Khi ánh sáng chiếu laser chiếu vào một mẫu, phần lớn các photon tán xạ với cùng năng lượng như lúc bán đầu (tán xạ Rayleigh). Tuy nhiên, một số ít photon sẽ tán xạ không đàn hồi, thay đổi năng lượng do tương tác với các dao động hoặc quay của phân tử trong mẫu vật và tạo ra phổ Raman. Sự thay đổi này được gọi là tán xạ Raman và cung cấp thông tin về các dao động đặc trưng của các phân tử, giúp xác định cấu trúc hóa học và thành phần của mẫu.
Ứng dụng của quang phổ Raman là gì?
Quang phổ Raman được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực phải kể đến như:
- Hóa học: Phổ Raman được dùng để xác định cấu trúc phân tử và phân tích thành phần hóa học.
- Y học: Raman được dùng trong chẩn đoán và theo dõi bệnh, đặc biệt là trong nghiên cứu bệnh ung thư.
- Vật liệu: Dùng trong việc kiểm tra, phân tích các vật liệu nano, màng mỏng và cấu trúc tinh thể.
- Khảo cổ học: Raman giúp phân tích các mẫu vật cổ xưa mà không làm hỏng mẫu vật.
Bên cạnh đó, quang phổ raman còn có những ưu thế vượt trội so với quang phổ hồng ngoại hay các kỹ thuật khác, đặc biệt là trong ngành dược phẩm:
- Định danh nguyên liệu
- Giám sát quá trình phản ứng trong nghiên cứu và phát triển thuốc mới.
- Kiểm tra chất lượng thành phẩm và phát hiện hàng giả.,
Trong các thiết bị cầm tay, quang phổ raman mang đến những ưu điểm sau:
- Mang đến tính cơ động cho việc phân tích ngay tại hiện trường.
- Rút ngắn thời gian giúp nâng cao hiệu suất làm việc.
Ứng dụng của quang phổ raman trong định danh nguyên liệu (Ảnh: Internet)
Làm cách nào để đọc phổ Raman?
Mặc dù có dải phổ từ 0 đến 4000 cm-1, hầu hết các ứng dụng đều có thể đáp ứng với dải phổ hẹp hơn. Vùng vân tay từ 400 đến 1800 cm-1, thể hiện phần lớn môi trường phân tử của các nguyên tử. Điều này đủ để có thể xác định các chất chưa biết và xác minh vật liệu, đều dựa trên sự đồng nhất của cấu trúc phân tử.
Ngoài vùng vân tay, liên kết hydro và chuỗi carbon đóng góp rất ít vào việc nhận dạng vật liệu. Tuy nhiên, vùng số sóng cao đang được ứng dụng trong lĩnh vực y tế trong nghiên cứu bệnh ung thư, vấn đề răng ở người và nghiên cứu nhiên liệu sinh học. Với vùng dưới 400 cm-1 phù hợp với các cấu trúc tinh thể trong khoáng chất, cơ kim, đá quý và chất bán dẫn.
Cách đọc phổ raman (Ảnh: Internet)
Lợi ích và hạn chế của quang phổ Raman
Vật lợi ích của quang phổ Raman là gì? Quang phổ raman là một phương pháp không phá hủy, có thể áp dụng cho các mẫu trong nhiều trạng thái khác nhau như rắn, lỏng, khí và có khả năng phân tích tại chỗ với độ nhạy cao. Quang phổ raman mang đến những lợi ích cụ thể sau:
- Ít hoặc không cần chuẩn bị mẫu
- Tính đặc hiệu và chọn lọc hóa cao
- Ít hoặc không có chi phí tiêu hao
- Từ việc thu thập dữ liệu cho đến kết quả rất nhanh, chỉ trong vòng vài giây
- Phân tích không làm phá hủy
- Phân tích không tiếp xúc hoặc xuyên bao bì
- Lấy mẫu linh hoạt
- Giao diện đơn giản, dễ sử dụng.
- Hệ thống linh hoạt từ để bàn đến cầm tay.
Có thể thấy, quang phổ raman hấp dẫn người dùng bởi khả năng ứng dụng rộng rãi trong các môi trường không được thiết lập theo kiểu truyền thống.
Mặc dù có rất nhiều lợi thế về ưu điểm, tuy nhiên, quang phổ raman cũng có một số điểm hạn chế. Kỹ thuật này có thể gặp khó khăn khi phân tích các mẫu chứa nhiều ánh sáng tán xạ hoặc có huỳnh quang mạnh.
Với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ như hiện nay, quang phổ raman đang ngày càng trở nên phổ biến và được cải tiến để trở thành công cụ phân tích tiêu chuẩn trong các ngành công nghiệp và phòng thí nghiệm.
>>> Có thể bạn quan tâm: Quang học là gì?
Kết luận
Trên đây là những thông tin chi tiết về quang phổ Raman là gì và những lợi ích của nó mang lại. Quang phổ raman là một công cụ mạnh mẽ, linh hoạt đem lại nhiều thông tin chi tiết về cấu trúc phân tử của các vật liệu. Nó được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, có vai trò quan trọng trong việc tiến bộ khoa học và công nghệ.
Jasmine Wu – Hapoin
