Quang phổ Raman là một kỹ thuật quang phổ dựa trên sự tán xạ không đàn hồi ánh sáng đơn sắc của mẫu phân tích: tức là, khi ta chiếu nguồn ánh sáng đơn sắc lên mẫu phân tích ta thu được dòng ánh sáng tán xạ trở lại có tần số bị thay đổi so tần số của nguồn sáng ban đầu.
Khái niệm phổ tán xạ Raman Quang phổ Raman kỹ thuật quang phổ dựa tán xạ không đàn hồi ánh sáng đơn sắc mẫu phân tích: tức là, ta chiếu nguồn ánh sáng đơn sắc lên mẫu phân tích ta thu dòng ánh sáng tán xạ trở lại có tần số bị thay đổi so tần số nguồn sáng ban đầu Khái niệm phổ tán xạ Raman Quang phổ Raman kỹ thuật quang phổ dựa tán xạ không đàn hồi ánh sáng đơn sắc mẫu phân tích: tức là, ta chiếu nguồn ánh sáng đơn sắc lên mẫu phân tích ta thu dòng ánh sáng tán xạ trở lại có tần số bị thay đổi so tần số nguồn sáng ban đầu Lịch sử quang phổ Raman Năm 1928 chandrasekhra vekata Raman phát hiện hiện tượng tán xạ Raman với nguồn sáng mặt trời, qua kính viễn vọng thu nhận ánh sáng Vào năm 1930, nguồn ánh sáng kích thích đèn thủy ngân Lịch sử quang phổ Raman 1962, laser đời Hiện tượng tán xạ Raman được quan sát rõ ràng với nguồn sáng laser Nguyên lý phổ tán xạ Raman Ánh sáng bao gồm photon mang lượng xác định E = h ν = h.c/ λ h số Plank ν tần số photon ánh sáng Khi ánh sáng truyền qua môi trường vật chất suốt phần lớn ánh sáng truyền thẳng phần nhỏ bị tán xạ Dựa vào tần số ánh sáng tán xạ sau chiếu nguồn ánh sáng lên mẫu, người ta chia nhiều loại tán xạ khác nhau: tán xạ Rayleigh (ν không đổi), tán xạ Raman (ν thay đổi) có tán xạ Raman hữu ích nghiên cứu đặc điểm phân tử vật chất Nguyên lý phổ tán xạ Raman Cấu tạo thiết bị quang phổ Raman: Nguồn ánh sáng kích thích (Tia laser) Hệ thống chiếu sáng mẫu và hệ thống quang thu ánh sáng tán xạ Bộ chọn bước sóng (bộ lọc quang phổ kế) Đầu dò (đầu dò chuỗi diode quang, CCD PMT) Bộ phận khuếch đại và thu nhận tín hiệu Raman Nguồn ánh sáng kích thích (tia laser): Một mẫu thường chiếu sáng chùm laser vùng tử ngoại (UV), khả kiến (Vis) cận hồng ngoại (NIR) Thường laze khí hay dùng argon cho vạch phát xạ mạnh bước sóng 514 488 nm Nguồn laze Nd:YAG thường có bước sóng phát xạ 1064nm Laze diode với nhiều bước sóng phát xạ hơn, hay dùng bước sóng 976, 830, 785nm Bộ chọn bước sóng: Mục đích: tách tán xạ Rayleigh khỏi tán xạ Raman, loại bỏ khả gây nhiễu cho phận thu tín hiệu Raman Các phương pháp: Sử dụng lọc nhiễu (Notch Filter): đo chế độ Raman tần số thấp 109V/cm chuyển tới 50% lượng xung laser vào vạch liên kết tần số Stokes (υ - υm) CARS - Raman phản Stokes kết hợp: Là dạng quang phổ Raman “phi tuyến” khác Thay có nguồn laser truyền thống, nguồn laser cộng tuyến mạnh chiếu vào mẫu Raman cộng hưởng (RR): Khi tần số laser kích thích chọn cho tần số trạng thái kích thích điện tử số dạng phân tử màu tạo tán xạ Raman mạnh thay tạo huỳnh quang Các biện pháp tăng cường tín hiệu Raman: SERS SERRS (Quang phổ Raman tăng cường bề mặt và SERS cộng hưởng): Tín hiệu Raman từ các phân tử được hấp thụ bề mặt kim loại xác định được tăng lên – lần so với tín hiệu Raman phân tử dạng thể tích khối SERRS: khắc phục nhược điểm khó giải phổ SERS phổ giống phổ Raman cộng hưởng thông thường Ưu điểm quang phổ Raman: Không cần chuẩn bị mẫu Giảm thiểu nhiễu nước Không bị nhiễu CO2 H2O không khí Không cần phá mẫu Độ nhạy cao, liệu cho nhiều thông tin hữu ích Có thể định tính định lượng chất mẫu Có sẵn thư viện phổ Raman 16,000 hợp chất, để tra cứu trực tiếp Dụng cụ chứa mẫu không cần làm sạch, làm khô chân không cao (các vật liệu thủy tinh, nước, nhựa… có phổ Raman yếu nên không ảnh hưởng đến trình phân tích) Phân tích dãy phổ rộng: tử ngoại, khả kiến, cận hồng ngoại Nhược điểm quang phổ Raman: Thiết bị đắt tiền Có thể làm nóng mẫu, thay đổi trạng thái vật lý, đốt cháy, làm phân hủy mẫu (chất màu, hạt nhỏ truyền nhiệt kém) Bị ảnh hưởng hiện tượng huỳnh quang gây nhiễu (bước sóng laser trùng dải hấp phụ gốc tạo màu) Ứng dụng quang phổ Raman: Ứng dụng nhiều lĩnh vực: hóa học, sinh học, địa chất, dược, pháp y, kiểm nghiệm môi trường, khoa học vật liệu… Ứng dụng thực phẩm: định tính, định lượng thành phần hóa học mẫu thực phẩm Ứng dụng SERS phân tích GABA (Vidhu S Tiwari & cs, 2015): Sử dụng nguồn phát laser diode bước sóng 785 nm, sử dụng lọc nhiễu lọc ánh sáng tán xạ, lõi tinh thể sợi quang (HC-PCF) khuếch đại tín hiệu Raman, đầu dò cảm biến điện tích kép (CCD) để thu tín hiệu Raman Ngưỡng phát GABA: nồng độ 10-4M dung dịch nước Ứng dụng SERS phân tích GABA (Vidhu S Tiwari & cs, 2015): Sử dụng nguồn phát laser diode bước sóng 785 nm, sử dụng lọc nhiễu lọc ánh sáng tán xạ, lõi tinh thể sợi quang (HC-PCF) khuếch đại tín hiệu Raman, đầu dò cảm biến điện tích kép (CCD) để thu tín hiệu Raman Ngưỡng phát GABA: nồng độ 10-4M dung dịch nước ... phân tử màu tạo tán xạ Raman mạnh thay tạo huỳnh quang Các biện pháp tăng cường tín hiệu Raman: SERS SERRS (Quang phổ Raman tăng cường bề mặt và SERS cộng hưởng): Tín hiệu Raman từ các phân... Rayleigh (ν không đổi), tán xạ Raman (ν thay đổi) có tán xạ Raman hữu ích nghiên cứu đặc điểm phân tử vật chất Nguyên lý phổ tán xạ Raman Cấu tạo thiết bị quang phổ Raman: Nguồn ánh sáng kích... thủy ngân Lịch sử quang phổ Raman 1962, laser đời Hiện tượng tán xạ Raman được quan sát rõ ràng với nguồn sáng laser Nguyên lý phổ tán xạ Raman Ánh sáng bao gồm photon mang lượng