Giới thiệu quang phổ Raman
22/07/20211. Giới thiệu quang phổ Raman và hiện tượng tán xạ ánh sáng
Theo thuyết lượng tử, thành phần của ánh sáng là các photon mang năng lượng khác nhau tùy theo bước sóng của chúng. Khi chiếu một chùm sáng đơn sắc vào môi trường, các phần tử trong môi trường sẽ tương tác với photon làm cho chúng bị lệch khỏi đường đi ban đầu và bắn ra theo mọi hướng. Phần lớn các photon này có cùng bước sóng với photon của chùm sáng ban đầu. Hiện tượng này gọi là tán xạ Rayleigh hay tán xạ co giãn (elastic scattering).
Tuy nhiên, một phần rất nhỏ các photon tán xạ có bước sóng lớn hơn hoặc nhỏ hơn so với bước sóng của chùm sáng kích thích. Hiện tượng này gọi là tán xạ Raman hay tán xạ không co giãn (inelastic scattering). Tần suất xảy ra tán xạ Raman chỉ khoảng 1/108 tổng số photon.
2. Giá trị của quang phổ Raman
Tuy hiệu suất không cao, quang phổ Raman lại là một kỹ thuật rất được quan tâm khi khảo sát các chất hóa học có nhiều ứng dụng cả trong nghiên cứu lẫn công nghiệp. Lý do là bởi sự khác biệt của năng lượng photon tán xạ so với photon kích thích mang theo thông tin đặc trưng về các liên kết hóa học có trong chất đã tương tác với chùm sáng ban đầu.
Trên thực tế, phổ Raman của mỗi chất hữu cơ như một “dấu vân tay”, có thể dùng để định tính với độ đặc hiệu rất cao. Nhược điểm về hiệu suất của hiện tượng tán xạ, cùng với hiện tượng huỳnh quang (một kẻ thù tự nhiên của quang phổ Raman) có thể được khắc phục bằng nhiều cách khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ hiện đại, các máy đo Raman ngày càng phổ biến.
3. Ưu thế của quang phổ Raman trong phân tích định tính
Tại sao cần thêm một kỹ thuật định tính khác, trong khi quang phổ hồng ngoại vốn đã rất mạnh trong lĩnh vực này? Có thể xem Raman và hồng ngoại là hai kỹ thuật bổ trợ cho nhau. Để một dao động được ghi nhận rõ trên phổ hồng ngoại, cần có một sự thay đổi trong chuyển tiếp moment lưỡng cực của phân tử.
Trong quang phổ Raman, tín hiệu mạnh sẽ được ghi nhận khi có thay đổi về độ phân cực của phân tử (“hình dạng của đám mây electron”). Những dải hấp thu mạnh trong quang phổ hồng ngoại thường có xu hướng yếu hơn trong quang phổ Raman và ngược lại.
Ví dụ: kỹ thuật hồng ngoại thường rất nhạy cảm với nước do dao động của nhóm -OH. Nhóm này hiện lên rất rõ trên phổ đồ, có khả năng che lấp các dải hấp thu khác (và ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ thiết bị). Vì vậy rất hiếm ứng dụng hồng ngoại có thể giúp đo mẫu trong dung dịch nước. Ngược lại, tín hiệu này trong quang phổ Raman lại khá yếu. Nhờ vậy sự hiện diện của nước không gây trở ngại nhiều đến việc phân tích mẫu.
4. Các ứng dụng phổ biến của quang phổ Raman
Ngoài định tính, quang phổ Raman còn được ứng dụng trong định lượng. Trong nhiều trường hợp, do bản chất của mẫu và quy trình, Raman còn cho thấy ưu thế vượt trội so với quang phổ hồng ngoại hay các kỹ thuật khác. Trong ngành Dược phẩm, những ứng dụng của Raman có thể kể đến như:
- Giám sát quá trình phản ứng (trong phát triển thuốc mới),
- Định danh nguyên liệu,
- Kiểm tra chất lượng thành phẩm, phát hiện hàng giả (trong công nghiệp).
Không chỉ thế, nhiều máy Raman hiện nay được phát triển theo hướng thiết bị cầm tay. Ưu điểm:
- Mang đến tính cơ động cho việc phân tích ngay tại hiện trường.
- Rút ngắn đáng kể thời gian nhờ đó nâng cao năng suất làm việc.
Hình 1: Máy quang phổ Raman cầm tay BRAVO của Bruker
Tìm hiểu thêm về máy quang phổ Raman cầm tay của Bruker tại đây.
Tham khảo:
