రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ
సాంకేతిక పదాలు
[మార్చు]- అణువు = atom
- అయత్న - spontaneous
- అస్థితిస్థాపక = inelastic
- ఉద్విగ్న స్థితి = excited state
- ఏకవర్ణపు =monochromatic
- కంపాణువు = phonon
- కటకము =lens
- కాంతి వాసం = light beam
- గలని = filter
- జాలకం = grating
- తేజాణువు = photon
- దృశ్యగుణకారి = photomultiplier
- పత్తాసు - detector
- పరిక్షేపం = scattering
- ప్రకంపిత = vibrational
- ప్రతికృత = holographical
- బణువు = molecule
- భ్రమకంపిత (భ్రమణ + కంపిత) = rovibranic
- భ్రమణ = rotational
- మూలాధార స్థితి = ground state
- మిథ్యా స్థితి = virtual state
- నిర్మాణశిల్పం = structure
- వర్ణమాలాదర్శనం = spectroscopy
- విస్థాపనం = shift
- స్థితిస్థాపక = elastic
- విక్షేపణ = dispersion
ఉపోద్ఘాతం
[మార్చు]రామన్ వర్ణమాలాదర్శనం (Raman spectroscopy) (సి. వి రామన్ గౌరవార్థం పెట్టినపేరు, pronounced /ˈrɑːmən/) అనేది ఒక వ్యవస్థలోని కంపనాలు, భ్రమణాలు, స్వల్ప-పౌనఃపున్య స్థితులను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించే పద్ధతి.[1]. రసాయనాల అంతర్గత అణు నిర్మాణశిల్పం అర్థం చేసుకోడానికి ఈ పద్ధతి రసాయన శాస్త్రంలో బాగా ఉపయోగపడుతోంది. రామన్ వర్ణమాలాదర్శనం మూల సూత్రం రామన్ పరిక్షేపం మీద ఆధారపడుతుంది. ఈ పద్ధతిలో దృగ్గోచర (సాధారణంగా అగపడే) కాంతిని కాని, పరారుణ లేదా అతినీలలోహిత స్థితికి సమీపంగా ఉండే ఏకవర్ణపు లేసర్ కాంతిని కాని వాడతారు. ఈ లేసర్ నుండి వెలువడే కాంతి పుంజంలోని తేజాణువులు (ఫోటానులు) పదార్థంలోని బణు కంపనాలతో, అనగా కంపాణువులతో (ఫోనానులతో), సంకర్షణ పొందుతాయి. ఈ సంకర్షణ ఫలితంగా ఆ తేజాణువుల తరచుదనం మారుతుంది. ఈ మార్పుకీ ఆ పదార్థంలోని అణువుల విన్యాసానికీ మధ్య అవినాభావ సంబంధం ఉండబట్టి ఆ మార్పుని కొలిచి ఆ అణువుల అమరికని గణన చెయ్యవచ్చు.
ఈ పద్ధతిలో ఒక పదార్థపు నమూనా మీద లేసర్ కాంతి వాసాన్ని (light beam) ప్రకాశిస్తారు. ఆ ప్రకాశిత బిందువు నుండి బయటకి వెలువడే కాంతిని కటకాలతో సేకరించి, ఏకవర్ణగలని ( మోనోక్రొమాటర్) అనే వడపోత పరికరం గుండా పంపుతారు. స్థితిస్థాపక (రేలీ) పరిక్షేపం కారణంగా బయటకి వచ్చిన తరంగాలు వడపోతకు గురవుతాయి; మిగిలిన కాంతి ఒక పత్తాసు (డిటెక్టర్) మీద పడుతుంది.
అయత్నం (spontaneous) గా జరిగే రామన్ పరిక్షేపం సాధారణంగా చాలా బలహీనంగా ఉండడమే రామన్ వర్ణమాలాదర్శనం లోని పెద్ద లోపం. ఎంతో బలంగా ఉండే రేలీ పరిక్షేపం నేపథ్యంలో బలహీనంగా ఉన్న రామన్ పరిక్షేప కాంతిని వేరు చేసి చూడడం కష్టం. చారిత్రకంగా, రామన్ వర్ణమాలాదర్శనులు లేసర్ కాంతిని గలనం చెయ్యడానికి ప్రతికృత జాలకాలు (holographic gratings) తోపాటు బహుళ విక్షేపణ దశలను (multiple dispersion stages) ఉపయోగించేవారు. గతంలో, రామన్ పరిక్షేప వ్యవస్థల కోసం దృశ్యగుణకారులని (photomultiplier) డిటెక్టర్లుగా ఎంచుకునేవారు, ఇవి సేకరించడానికి చాలాకాలం పట్టేది. అయితే, ఆధునిక పరికరాలు లేసర్ తిరస్కరణ గలనం (laser rejection filter) కోసం ప్రత్యేకమైన యంత్రాంగాన్ని ఉపయోగిస్తున్నారు.
ఇటీవలి కాలంలో రామన్ వర్ణమాలాదర్శన పద్ధతులలో ఎన్నో కొత్త పుంతలు తొక్కుతున్నారు:
- సర్ఫేస్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ రామన్
- పోలరైజ్డ్ రామన్
- స్టిములేటెడ్ రామన్
- ట్రాన్స్‌మిషన్ రామన్
- స్పేషియల్లీ-ఆఫ్‌సెట్ రామన్
- హైపర్ రామన్
వంటి పలు ఆధునిక రీతులు ఉన్నాయి.
సైద్ధాంతిక ప్రాతిపదిక
[మార్చు]కాంతికిరణం ఒక బణువును ఢీకొట్టి ఆ బణువు యొక్క విద్యుత్‌వాతావరణంతో పరస్పర సంకర్షణకి దిగినప్పుడు రామన్ ఎఫెక్ట్ సంభవిస్తుంది. అయత్న రామన్ ఎఫెక్ట్ లో, బణువును మూలాధార స్థితి (ground state) నుండి ఉద్విగ్న స్థితి (excited state) కి తేజాణువు ఉత్తేజపరుస్తుంది. ఈ ఉద్విగ్నత కారణంగా బణువు ఒక మిధ్యా స్థితి (virtual state) లో కొద్ది కాలం ఉన్న పిమ్మట తేజాణువు చేత ప్రేరేపింపబడ్డ అస్థితిస్థాపక పరిక్షేపం జరుగుతుంది. అస్థితిస్థాపక పరిక్షేపం చెందిన తేజాణువు పతనమైన తేజాణువు కంటె ఉన్నతమైన స్థితిలోకి ఎగబాకవచ్చు లేదా నిమ్నమైన స్థితిలోకి దిగజారిపోవచ్చు లేదా అదే స్థితిలో (అనగా, రేలీ పరిక్షేపం జరగడం వల్ల) ఉండవచ్చు. తేజాణువుతో సంకర్షణ జరిగిన తరువాత బణువు వేరొక భ్రమణ (rortational) లేదా ప్రకంపిత (vibrational) స్థితిలోకి వెళుతుంది. ఈ స్థితి మార్పు వల్ల వ్యవస్థ యొక్క శక్తిలో మార్పు కలుగుతుంది. పూర్వ స్థితి కి ఉత్తర స్థితికి మధ్య ఉన్న వ్యత్యాసం వల్ల పరిక్షేపం చెందిన తేజాణువు యొక్క తరచుదనం కీ పతనమైన తేజాణువు యొక్క తరచుదనం కీ మధ్య వ్యత్యాసం కనిపిస్తుంది. పరిక్షేపం చెందిన తేజాణువు యొక్క తరచుదనం రామన్ గీత గానూ, పతనమైన తేజాణువు యొక్క తరచుదనం రేలీ గీత గానూ మనకి వర్ణపటంలో కనిపిస్తాయి.
ఒక బణువుని రెండు అణువుల జంటగా ఊహించుకుంటే, వాటి మధ్య భ్రమకంపిత (భ్రమణ + కంపిత) (rovibranic) స్థితి ఉంటుందని ఊహించుకోవచ్చు. భ్రమకంపనానికి ఉపమానంగా రెండు బంతులని ఒక రబ్బరు తాడుతో కట్టి వాటిని గిరగిర తిప్పితే ఆ రెండు బంతుల మధ్య భ్రమణం (తిప్పడం వల్ల), కంపనం (రబ్బరు తాడు వల్ల) కలిసిన భ్రమకంపనం ఉంటుంది. ఒక బణువు ఒక సరికొత్త భ్రమకంపిత స్థితి లోనికి వెళ్లిన తరువాత దాని పూర్వ స్థితిలో ఉన్న మొత్తం శక్తి మారకుండా స్థిరంగా ఉండాలంటే పరిక్షేపం చెందిన తేజాణువు సరికొత్త శక్తి విలువని, తరచుదనాన్ని సంతరించుకుంటుంది. కొత్త, పాతల శక్తి విలువల వ్యత్యాసం ఆ బణువు యొక్క పూర్వ, పర భ్రమకంపిత స్థితుల వ్యత్యాసంతో సరితూగుతుంది. తొలి స్థితి కంటె మలి స్థితి తక్కువ శక్తిమంతమైనది అయితే పరిక్షేపం చెందిన తేజాణువు తక్కువ స్థితికి (తక్కువ తరచుదనానికి) నెట్టబడుతుంది. ఈ మార్పును స్టోక్స్ విస్థాపనం (Stokes shift) అంటారు. అంతిమ ప్రకంపన స్థితి ప్రారంభ స్థితికంటే తక్కువగా ఉన్నట్లయితే, అప్పుడు ఉద్గారిత తేజాణువు అధిక తరచుదనపు స్థితికి మార్చబడుతుంది, దీన్ని యాంటీ స్టోక్స్ విస్థాపనం (anti-Stokes shift) గా గుర్తించారు.
చరిత్ర
[మార్చు]కాంతి స్థితిస్థాపక రహిత పరిక్షేపం గురించి అడాల్ఫ్ స్మెకల్ 1923లోనే ఊహించినప్పటికీ, 1928 నాటికి గాని అది ఆచరణాత్మకంగా పరిశీలించబడలేదు. రామన్ ఎఫెక్ట్‌కు దాని ఆవిష్కర్తలలో ఒకరైన భారతీయ శాస్త్రజ్ఞుడు సర్ సి.వి. రామన్ పేరు పెట్టబడింది. సి.వి. రామన్ (1928, కె. ఎస్ కృష్ణన్‌తో కలిసి) సూర్య కాంతి ఉపయోగించి ఈ ప్రభావాన్ని ఆవిష్కరించేరు. దరిదాపు అదే సమయంలో గ్రిగొరీ లాండ్స్‌బెర్గ్, లియొనిడ్ మండెల్‌స్టామ్‌ లు ఈ ప్రభావాన్ని పరిశీలించిన దాఖలాలు ఉన్నాయి. .[1] సూర్యకాంతిని ఉపయోగించి ఏకవర్ణ కాంతిని సృష్టించడానికి చవక రకం ఫోటోగ్రాఫిక్‌ ఫిల్టర్‌ను, ఏకవర్ణ కాంతిని అడ్డుకోవడానికి క్రాస్డ్ ఫిల్టర్‌ను వాడి ఈ ఆవిష్కరణను సాధించినందుకు రామన్ 1930లో భౌతికశాస్త్రంలో నోబెల్ బహుమతిని గెలుచుకున్నారు.
రామన్ ఎఫెక్ట్ వెనక ఉన్న సిద్ధాంత సౌధాన్ని నిర్మించిన ఘనత చెకోస్లోవేకియా భౌతిక శాస్త్రవేత్త జార్జ్ ప్లేజెక్ కి దక్కింది. [2]
మొదట్లో రామన్ వర్ణమాలాదర్శనం వాడుక బాగా పుంజుకోలేదు. దీనికి కారణం ఈ పద్ధతికి సున్నితత్త్వం తక్కువగా ఉండడమే! కనుక దీనిని వాడడం అంటే భగీరథ ప్రయత్నం చెయ్యడమే. పరిశీలించవలసిన మచ్చుని ఒక పొడిగాటి గాజు గొట్టంలో పెట్టాలి. అప్పుడు ఆ గొట్టం నిడివి మార్గంలో బలమైన ఏకవర్ణ కాంతి వాసాన్ని పంపాలి. సున్నితత్వాన్ని పెంచడానికి మచ్చులో పదార్థం ఎక్కువగా గాఢతతో ఉండాలి. ఈ గొంతెమ్మ కోర్కెలన్నిటినీ తీర్చడం కష్టం కనుక ఈ పద్ధతి వాడుకలోకి రాలేదు. కాని 1960 దశకంలో లేసర్లు వాడుకలోకి వచ్చేక రామన్ వర్ణమాలాదర్శనం వాడుక బాగా పుంజుకుంది.
అనువర్తనాలు
[మార్చు]రసాయనిక బంధాలని అధ్యయనం చెయ్యడానికి, బణువులని ఆనవాలు పట్టడానికి రామన్ వర్ణమాలాదర్శనాన్ని సాధారణంగా రసాయనశాస్త్రంలో ఉపయోగిస్తారు. ఒక బణువులో ఉండే రసాయన బంధాల అమరికకీ (వాటి విన్యాసంలో ఉన్న సౌష్టవానికి), వాటి ప్రకంపనలకీ మధ్య ఉన్న అవినాభావ సంబంధం వల్ల) రామన్ వర్ణమాల ఒక బణువు యొక్క పాదముద్రలా (లేదా వేలిముద్రలా) పనిచేస్తుంది.
రామన్ గ్యాస్ ఎనలైజర్లు అనేక వాస్తవిక అనువర్తనలను కలిగి ఉన్నాయి. ఉదాహరణకు, వీటిని శస్త్రచికిత్సా కాలంలో అనస్థిటిక్, రెస్పిరేటరీ గ్యాస్ మిశ్రమాల వాస్తవ సమయాన్ని పర్యవేక్షించడం కోసం మెడిసిన్‌లో ఉపయోగిస్తారు.
ఘన స్థితి భౌతికశాస్త్రంలో, యాదృచ్ఛిక రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని పదార్ధాలను గుణీకరించడంలో, వాతావరణాన్ని కొలవడంలో, నమూనా యొక్క స్ఫటిక విన్యాసాన్ని కనుగొనడం వంటి పలు ఇతర అంశాలలో ఉపయోగిస్తారు. విడి అణువులలో వలే, నిర్దిష్ట ఘన పదార్థం శక్తి పరిమాణం రీతిని కలిగి ఉంటుంది, ఇది దానిని అనుభవపూర్వకంగా గుర్తించడంలో సహాయపడుతుంది. పైగా, రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ప్లాస్మాలు, మాగ్నాన్‌లు, సూపర్‌కండక్టింగ్ గ్యాప్ ప్రేరణలు వంటి స్వల్ప పౌనఃపున్య ప్రేరణలను పరిశీలించడానికి కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. యాదృచ్ఛిక రామన్ సంకేతం స్టోక్స్ (కిందికి మార్చబడినవి) తీవ్రతను, యాంటీ స్టోక్స్ (పైకి మార్చబడినవి) తీవ్రత మధ్య నిష్పత్తిలో నిర్దిష్ట ఫోనన్ రీతిలోని జనాభా సమాచారాన్ని ఇస్తుంది.
అనిసోట్రోపిక్ స్పటిక ద్వారా రామన్ పరిక్షేపం స్పటిక విన్యాసంపై సమాచారాన్ని ఇస్తుంది. స్పటిక స్వరూపం (ప్రత్యేకించి చెప్పాలంటే దాని పాయింట్ గ్రూప్) తెలిసి ఉన్నట్లయితే, లేజర్ కాంతి స్పటిక, ద్రువణతకు అనుగుణమైన రామన్ పరిక్షేప కాంతి ధ్రువణత స్పటిక విన్యాసాన్ని కనుగొనడంలో ఉపయోగించబడుతుంది.
అరేమిడ్, కార్బన్ వంటి రామన్ యాక్టివ్ ఫైబర్లు, అనువర్తిత ఒత్తిడితో కూడిన రామన్ పౌనఃపున్యంలో మార్పును ప్రదర్శించే ప్రకంపంనల రీతులను కలిగి ఉంటాయి. పోలీప్రొపైలన్ ఫైబర్లు కూడా అదేవిధమైన మార్పులను ప్రదర్శిస్తాయి. రేడియల్ బ్రీతింగ్ మోడ్ కార్బన్, నానోట్యూబ్‌ల డయామీటర్‌ను మదింపు చేయడానికి సాధారణంగా ఉపయోగించే టెక్నిక్. నానో టెక్నాలజీలో, స్వరూపాల సమ్మేళనాన్ని సరిగా అర్థం చేసుకోవడానికి, నానోవైర్లను విశ్లేషించడానికి రామన్ మైక్రోస్కోప్ ఉపయోగించబడుతుంది.
నకిలీ మందుల అంతర్గత ప్యాకేజీని తెరువకుండానే వాటి ఉనికిని కనుగొనడానికి, జీవకణాలను బయటినుంచే పర్యవేక్షించడానికి, సాంప్రదాయిక రామన్ కంటే ఉపరితల పొరలకు తక్కువ సెన్సిటివ్‌గా ఉండే స్పేషియల్లీ-ఆఫ్‌సెట్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (SORS) ని ఉపయోగించవచ్చు. రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని బుక్ ఆఫ్ కెల్స్ వంటి చారిత్రక డాక్యుమెంట్ల రసాయన సమ్మేళనాన్ని పరిశోధించడానికి, ఆ డాక్యుమెంట్లు రూపొందించబడిన కాలపు సామాజిక, ఆర్థిక పరిస్థితులకు సంబంధించిన జ్ఞానాన్ని అందించడానికి ఉపయోగించవచ్చు.[3] అటువంటి పదార్ధాల పరిరక్షణ లేదా ఆదాను నిర్దేశించడంలో బయటినుంచే పర్యవేక్షణను ప్రతిపాదించడంలో రామన్ స్టెక్ట్రోస్కోపీ ప్రత్యేకించి ఉపయోగకారిగా ఉంటుంది.
విమాన భద్రత కోసం పేలుడు పదార్ధాలను కనుగొనడానికి సాధనంగా కూడా రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీని పరిశీలించారు.[4]
మైక్రో‌స్పెక్ట్రోస్కోపీ
[మార్చు]రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మైక్రోస్కోపిక్ విశ్లేషణలో పలు ప్రయోజనాలను ప్రతిపాదించింది. ఇది పరిక్షేప టెక్నిక్ అయినందున, నమూనాలను ఫిక్స్ చేయడం లేదా విభజించవలసిన అవసరం లేదు. రామన్ స్పెక్ట్రాను చాలా తక్కువ పరిమాణంలో సేకరించవచ్చు (వ్యాసంలో < 1 µm) ; ఆ పరిమాణంలో సమర్పించిన విభాగాల గుర్తింపును ఈ స్పెక్ట్రా అనుమతిస్తుంది. రామన్ స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణతో నీరు సాధారణంగా జోక్యం చేసుకోదు. అందుచేత, రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఖనిజాలు, పాలిమర్స్, సెరామిక్స్ వంటి పదార్ధాలు, కణాలు, ప్రొటీన్లు వంటి వాటి మైక్రోస్కోపిక్ పరిశీలనకు అనుకూలమైనది. రామన్ సూక్ష్మదర్శిని ప్రామాణిక దృశా సూక్ష్మదర్శినితో ప్రారంభమై, ప్రేరణ లేజర్‌‍ను, మోనోక్రోమోటార్, సున్నిత డిటెక్టర్ (ఛార్జ్-కపుల్డ్ డివైస్ (CCD), లేదా ఫోటోమల్టిప్లైయర్ ట్యూబ్ (PMT) వంటివి) ను చేర్చుతుంది. FT-రామన్ కూడా సూక్ష్మదర్శినిలతో ఉపయోగించబడతాయి.
ప్రత్యక్ష ఇమేజింగ్‌లో మొత్తం క్షేత్ర దర్శనం ఒక చిన్న తరంగసంఖ్య (రామన్ షిఫ్టులు) ల పరిధిలో పరిక్షేపం కోసం పరీక్షించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, కొలెస్ట్రాల్‌కు ప్రత్యేక లక్షణంగా ఉన్న తరంగసంఖ్య, కణ సంస్కృతిలో కొలెస్ట్రాల్ పంపిణీ నమోదుకు ఉపయోగించబడుతుంది.
మరొక పద్ధతి హైపర్‌స్పెక్ట్రల్ ఇమేజింగ్ లేదా కెమికల్ ఇమేజింగ్, ఈ పద్ధతిలో వేలాది రామన్ స్పెక్ట్రాలను మొత్తం క్షేత్రం నుంచి సేకరించడం జరుగుతుంది. ప్రాంతాన్ని, వివిధ విడిభాగాల పరిమాణాన్ని చూపించే చిత్రాలను రూపొందించడానికి డేటా ఉపయోగించబడుతుంది. కణ సంస్కృతిని ఉదాహరణగా తీసుకుంటే, కోలెస్ట్రాల్, దానితో పాటు ప్రొటీన్లు, న్యూక్లిక్ యాసిడ్లు, ఫాటీ యాసిడ్ల పంపిణీని హైపర్‌స్పెక్ట్రల్ ఇమేజ్ చూపిస్తుంది. నీరు, కల్చర్ మీడియా, బఫర్లు, ఇతర జోక్యం చేసుకునే అంశాల ఉనికిని పక్కన పెట్టడానికి అత్యధునాతన సిగ్నల్, ఇమేజ్-ప్రాసెసింగ్ టెక్నిక్‌లు ఉపయోగించబడతాయి.
రామన్ మైక్రోస్కోపీ, ప్రత్యేకించి కాన్‌ఫోకల్ మైక్రోస్కోపిక్‌లు, అత్యధిక స్పేషియల్ రిజొల్యూషన్‌ని కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, పార్శ్వ, చిక్కటి రిజొల్యూషన్‌లు వరుసగా 250 nm, 1.7 µm గా ఉంటాయి, ఇవి 100 µm వ్యాసంతో హీలియం-నియోన్ లేజర్ నుండి 632.8 nm తో కూడిన కాన్‌ఫోకల్ రామన్ మైక్రోమీటర్‌ను ఉపయోగిస్తాయి. మైక్రోస్కోపుల వస్తుగత కటకాలు వ్యాసంలో పలు మైక్రోమీటర్ల వరకు లేజర్ కాంతిని ప్రసరిస్తున్నందున, రూపొందే ఫోటాన్ చలనం సాంప్రదాయిక రామన్ వ్యవస్థలలో సాధించినదాని కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఇది పొడిగించబడిన ఫ్లోరొసెన్స్ శమన ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంటుంది. అయితే, అత్యధిక ఫోటాన్ చలనం సాధారణ క్షీణతకు కూడా దారితీస్తుంది, ఈ కారణంగా ఈ ప్రక్రియను ఉపశమింప చేయడం కోసం కొన్ని వ్యవస్థలకు ఉష్ణపదార్థంలో నిర్వహించిన పదార్థం అవసరమవుతుంది.
రామన్ మైక్రోస్పెక్ట్రోస్కోపీని ఉపయోగించడం ద్వారా, రామన్ స్పెక్ట్రా మైక్రోస్కోపిక్ రీజియన్ల నమూనాలు పరిష్కరించిన సజీవ సమయం, ప్రదేశం కొలువబడతాయి. ఫలితంగా, నీటి ఫ్లోరెసెన్స్ మీడియా, బఫర్లు తొలగించబడతాయి. తత్ఫలితంగా సజీవ సమయం, ప్రదేశంలో పరిష్కరించిన రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ప్రొటీన్లు, కణాలు మరియుఆర్గాన్‌లను పరిశీలించడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.
జీవ, వైద్య పదార్ధాల కోసం రామన్ మైక్రోస్కోపీ సాధారణంగా పరారుణ-సమీప (NIR) లేజర్లను ఉపయోగిస్తుంది. (ప్రత్యేకించి 785 nm డయోడ్లు, 1064 nm Nd:YAGలు సాధారణం) అత్యధిక శక్తి తరంగదైర్ఘ్యతలను అనువర్తించడం ద్వారా ఇది నమూనాను నష్టపరిచే ప్రమాదాన్ని తగ్గిస్తుంది. అయితే, NIR రామన్ గాఢత రామన్ పరిక్షేప తీవ్రతపై తక్కువగా (ω4{/0కు లోబడి} ఆధారపడి ఉంటుంది, చాలా డిటెక్టర్లకు దీర్ఘకాలిక సేకరణ సమయాలు అవసరం. ఇటీవల, మరిన్ని నిశిత డిటెక్టర్లు అందుబాటులోకి రావడంతో సాధారణ ఉపయోగానికి ఈ టెక్నిక్ మరింతగా అనుకూలిస్తోంది. రాళ్లు, సెరామిక్స్, పాలిమర్స్ వంటి నిరింద్రియ నమూనాలతో కూడిన రామన్ మైక్రోస్కోపీ విస్తృత స్థాయి ప్రేరణ తరంగదైర్ఘ్యతలను ఉపయోగించగలుగుతుంది.
ధృవణ విశ్లేషణ
[మార్చు]రామన్ పరిక్షేప కాంతి ధ్రువణత ఉపయోగపడే సమాచారాన్ని కలిగి ఉంటుంది. (చదునైన) ధ్రువణ లేజర్ ప్రేరణను, ధ్రువణ ఎనలైజర్‌‌ను ఉపయోగించి ఈ లక్షణాన్ని కొలువవచ్చు. సమతల ప్రేరణకోసం లంబ, సమాంతరంగా ఏర్పర్చబడిన ఎనలైజర్ సెట్‌తో కూడిన స్పెక్ట్రాను వికర్షిత నిష్పత్తినిలెక్కించడానికి ఉపయోగిస్తారు. గ్రూప్ థియరీ, సమరూపత, రామన్ చర్య మధ్య కనెక్షన్‌లను, తత్సమానమైన రామన్ స్పెక్ట్రోను బోధించడానికి, టెక్నిక్ అధ్యయనం ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.
ఈ విశ్లేషణ నుండి వచ్చిన స్పెక్ట్రల్ సమాచారం అణువు విన్యాసం, ప్రకంపన సమరూపతల స్వభావాన్ని అందిస్తుంది. సారాంశంలో, ఇది అణు ఆకృతికి సంబంధించిన విలువైన సమాచారాన్ని పొందడానికి వినియోగదారుకు అనుమతిస్తుంది, ఉదాహరణకు, సింథటిక్ కెమిస్ట్రీ లేదా పోలీమార్ఫ్ విశ్లేషణ. ఇది తరచుగా స్ఫటిక జాలకాలు, ద్రవ స్ఫటికాలు లేదా పోలీమర్ నమూనాలలోని మాక్రోమోలిక్యులార్ విన్యాసాన్ని అర్థం చేసుకోవడంలో ఉపయోగించబడుతుంది.[5]
వైవిధ్యాలు
[మార్చు]రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీకి పలు విభిన్నరూపాలు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి. ప్రాదేశిక రిజొల్యూషన్‌ (రామన్ మైక్రోస్కోపీ) ని మెరుగుపర్చడం కోసం, గ్రాహకత్వాన్ని (ఉదా. ఉపరితలం పొడిగించబడిన రామన్) పొడిగించడం, లేదా అతి నిర్దిష్టమైన సమాచారాన్ని (రామన్ ప్రతిధ్వని) పొందడమే దీని సాధారణ ప్రయోజనం.
- సర్ఫేస్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (SERS) - సాధారణంగా వెండి లేదా బంగారు మిశ్రమంలో లేదా వెండి లేదా బంగారంతో కూడిన పదార్థంతో చేయబడుతుంది. వెండి, బంగారం యొక్క ఉపరితల ప్లాస్మోన్‌లు లేజర్ ద్వారా ప్రేరేపించబడతాయి, దీనివల్ల లోహం చుట్టూ ఉన్న విద్యుత్ క్షేత్రం పెరుగుతుంది. రామన్ సాంద్రతలు విద్యుత్ క్షేత్రానికి అనుపాతంలో ఉంటాయి కనుక, కొలువబడిన సిగ్నల్‌లో పెద్ద పెరుగుదల ఉంటుంది (1011 వరకు). ఈ ప్రభావాన్ని మొదట మార్టిన్ ఫ్లీష్‌మన్ పరిశీలించాడు కాని, ఆధారపూర్వకమైన వివరణను వాన్ డ్యుయెన్ 1977లో ప్రతిపాదించాడు.[6]
- రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ప్రతిధ్వని - ప్రేరణ తరంగదైర్ఘ్యం ఒక అణువు లేక స్పటికం యొక్క ఎలెక్ట్రాన్ పరివర్తనతో సరిపోల్చబడింది, కాబట్టి ప్రేరేపించబడిన ఎలెక్ట్రాన్ స్థితితో ముడిపడిన ప్రకంపనల స్థితులు పెద్దగా పొడిగించబడ్డాయి. ఇది పోలీపెప్టైడ్‌ల వంటి పెద్ద అణువుల అధ్యయనానికి ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది, ఇవి సాంప్రదాయిక రామన్ స్పెక్ట్రాలో వందలాది బంధాలను చూపించవచ్చు. ఇది సాధారణ రీతులను వాటి పరిశీలించిన పౌనఃపున్య మార్పిడులతో ముడిపెట్టడానికి కూడా ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది.[7]
- సర్ఫేస్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ ప్రతిధ్వని రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (SERRS) - ఇది SERS, ప్రతిధ్వని రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ సమ్మేళనం, ఇది ఉపరితలం పెరిగిన రామన్ సాంద్రతకు సామీప్యతను ఉపయోగిస్తుంది, అణువు యొక్క గరిష్ఠ శోషణతో సరిపోల్చిన ప్రేరణ తరంగదైర్ఘ్యం విశ్లేషించబడుతుంది.
- హైపర్ రామన్ - ఒక నాన్-లీనియర్ ప్రభావం, దీనిలో ప్రకంపనల రీతులు ప్రేరణ కాంతి యొక్క ద్వితీయ స్వరాత్మకంతో పరస్పర చర్య జరుపుతాయి. దీనికి అత్యధిక విద్యుత్ అవసరం కాని, సాధారణంగా "నిశ్శబ్దం"గా ఉండే ప్రకంపనల రీతుల పరిశీలనకు అనుమతిస్తుంది. ఇది గ్రాహకత్వాన్ని పెంచడానికి SERS-రకం పొడిగింపుపై ఆధారపడుతుంది.[8]
- యాధృచ్ఛిక రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ - రామన్ స్పెక్ట్రా అణువులపై ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటం గురించి అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది.
- ఆప్టికల్ ట్వీజర్స్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (OTRS) - వైయక్తిక కణాలను, ఆప్టికవ్ ట్వీజెర్స్ ద్వారా ట్రాప్ చేయబడిన విడి కణాలలోని జీవరసాయనిక ప్రక్రియల అధ్యయనానికి ఉపయోగపడుతుంది.
- స్టిములేటెడ్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ - ఒక ప్రాదేశిక సందర్భం, శక్తిలో వ్యత్యాసం అనుమతించబడిన రామన్ పరివర్తనకు అనురూపంగా ఉంటే, పౌనఃపున్యం ఎలెక్ట్రానిక్ ప్రతిధ్వనికి అనుగుణంగా ఉంటే, రెండు వర్ణాల తరంగం (సమాతరం లేదా పెరిపెండిక్యులర్ ధ్రువణంతో) పాపులేషన్‌ని పునాదినుంచి ప్రకంపనాత్మకమైన ప్రేరణ స్థితికి పరివర్తింపజేస్తుంది. రెండు ఫోటాన్ UVల శకలీకరణం, పాపులేషన్ పరివర్తన తర్వాత అనువర్తించబడుతుంది కాని ఉపశమనానికి ముందు, గ్యాస్ లేదా మాలెక్యులర్ క్లస్టర్ యొక్క ఇంట్రా-మాలెక్యులర్ లేదా ఇంటర్-మాలెక్యులర్ రామన్ స్పెక్ట్రమ్‌ను సేకరించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది ఉపయోగకరమైన మాలెక్యులర్ డైనమిక్స్ టెక్నిక్.
- స్పేషియల్లీ ఆఫ్‌సెట్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (SORS) - ప్రేరణ లేజర్ బిందువుకు దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాల నుండి రామన్ పరిక్షేపం సేకరించబడుతుంది, దీనివల్ల సాంప్రదాయిక రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీతో కంటే ఉపరితల పొర నుండి తక్కువ దోహదాలు ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది.[9]
- కోహెరెంట్ యాంటీ-స్టోక్స్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (CARS) - కోహెరెంట్ యాంటీ-స్టోక్స్ పౌనఃపున్య కిరణాన్ని రూపొందించడానికి రెండు లేజర్ కిరణాలు ఉపయోగించబడినాయి, వీటిని ప్రతిధ్వని ద్వారా పొడిగించవచ్చు.
- రామన్ ఆప్టికల్ యాక్టివిటీ (ROA) - కుడి, ఎడమ వృత్తాకారంలో ధ్రువితం చేయబడిన కాంతిలో లేదా తత్సమానంగా ప్రక్షేపించబడిన చిన్న వృత్తాకార ధ్రువిత విడిభాగంలో ఉన్న చిరల్ అణువుల నుండి రామన్ ప్రక్షేపణ సాంద్రతలో ఉన్న చిన్న వ్యత్యాసం ద్వారా ప్రకంపనాత్మక ధ్రువిత చర్యను కొలుస్తుంది.[10]
- ట్రాన్స్‌మిషన్ రామన్ - పౌడర్లు, మాత్రల గొట్టాలు, జీవ కణాలు వంటి గణనీయ సంఖ్యలో ఉన్న మురికి పదార్థాన్ని పరిశీలించడాన్ని అనుమతిస్తుంది. 1960ల చివరలో పరిశోధనల తర్వాత దీన్ని పూర్తిగా విస్మరించారు కాని ఫార్మాసూటికల్ డోసుల రూపాలను వేగంగా నిర్ధారించే సాధనంగా దీన్ని 2006లో తిరిగి ఆవిష్కరించారు.[11] ఇక్కడ మెడికల్ డయాగ్నస్టిక్ అప్లికేషన్లు కూడా ఉన్నాయి.[12]
- ఇన్వర్స్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ .
- టిప్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (TERS) - దాని సమీపంలో ఉన్న రామన్ అణు సంకేతాలను పొడిగించడానికి ఒక లోహ మొన (సాధారణంగా వెండి-/బంగారు-పూత పూసినది AFM or STM) ను ఉపయోగిస్తుంది. స్పేషియల్ రిజుల్యూషన్ దాదాపుగా టిప్ ఎపెక్స్ పరిమాణంలో ఉంటుంది (20-30 nm). గ్రాహకత్వాన్ని విడి అణు స్థాయికి తగ్గించడానికి TERS చూపించబడింది.
మూలాలు
[మార్చు]- ↑ 1.0 1.1 Gardiner, D.J. (1989). Practical Raman spectroscopy. Springer-Verlag. ISBN 978-0387502540.
- ↑ ప్లెజెక్ జి.: "Rayleigh Streeung und Raman Effekt", In: Hdb. der Radiologie, Vol. VI., 2, 1934, p. 209
- ↑ ఐరిష్ క్లాసిక్ ఈజ్ స్టిల్ ఎ హిట్ (ఇన్ కాఫ్‌స్కిన్ నాట్ పేపర్ బ్యాక్) - న్యూయార్క్ టైమ్స్, nytimes.com
- ↑ Ben Vogel (29 August 2008). "Raman spectroscopy portends well for standoff explosives detection". Jane's. Archived from the original on 2008-12-03. Retrieved 2008-08-29.
- ↑ Khanna, R.K. (1957). Evidence of ion-pairing in the polarized Raman spectra of a Ba2+CrO doped KI single crystal. John Wiley & Sons, Ltd. doi:10.1002/jrs.1250040104.
- ↑ Jeanmaire DL, van Duyne RP (1977). "Surface Raman Electrochemistry Part I. Heterocyclic, Aromatic and Aliphatic Amines Adsorbed on the Anodized Silver Electrode". Journal of Electroanalytical Chemistry. 84. Elsevier Sequouia S.A.: 1–20. doi:10.1016/S0022-0728(77)80224-6.
- ↑ Chao RS; Khanna RK; Lippincott ER (1974). "Theoretical and experimental resonance Raman intensities for the manganate ion". J Raman Spectroscopy. 3: 121. doi:10.1002/jrs.1250030203.
- ↑ Kneipp K (1999). "Surface-Enhanced Non-Linear Raman Scattering at the Single Molecule Level". Chem. Phys. 247: 155–162. doi:10.1016/S0301-0104(99)00165-2.
- ↑ Matousek, P; Clark, IP; Draper, ERC; et al. (2005). "Subsurface Probing in Diffusely Scattering Media using Spatially Offset Raman Spectroscopy". Applied Spectroscopy. 59: 393. doi:10.1366/000370205775142548.
- ↑ Barron LD; Hecht L; McColl IH; Blanch EW (2004). "Raman optical activity comes of age". Molec. Phys. 102 (8): 731–744. doi:10.1080/00268970410001704399.
- ↑ P. Matousek; A. W. Parker (2006). "Bulk Raman Analysis of Pharmaceutical Tablets". Applied Spectroscopy. 60: 1353–1357. doi:10.1366/000370206779321463.
- ↑ P. Matousek; N. Stone (2007). "Prospects for the diagnosis of breast cancer by noninvasive probing of calcifications using transmission Raman spectroscopy". Journal of Biomedical Optics. 12: 024008. doi:10.1117/1.2718934.
బాహ్య లింక్‌లు
[మార్చు]- SiGe సూపర్‌లాట్టిస్‌పై రామన్, princetoninstruments.com
- ఏన్ ఇంట్రడక్షన్ టు రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ, horiba.com
- రామన్ అప్లికేషన్ ఎగ్జాంపుల్స్, horiba.com
- ఏన్ ఇంట్రడక్షన్ టు రామన్ స్కాటరింగ్, d3technologies.co.uk
- రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ అప్లికేషన్స్, renishaw.com
- రొమేనియన్ డేటాబేస్ ఆఫ్ రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ Archived 2018-11-29 at the Wayback Machine - ఈ డేటాబేస్ స్పటిక రూపాలతో కూడిన మినరల్ భాగాలు (సహజ, సింథటిక్), సింపుల్ ఇమేజ్, నమూనాల సంఖ్య, పుట్టుక, రామన్ స్పెక్ట్రమ్, ప్రకంపనలు, రామన్ చర్చ, రిఫరెన్స్‌లను కలిగి ఉంది. అలాగే, ఈ సైట్ నమూనా ఇమేజ్, పిగ్మెంట్ స్పెక్ట్రమ్‌తో కూడిన మానవ నిర్మిత కళాఖండాలను, నలుపు, ఎరుపు, తెలుపు లేదా నీలి పిగ్మెంట్‌లను కలిగి ఉంది. rdrs.uaic.ro
- కెమికల్ ఇమేజింగ్ వితవుట్ డైయింగ్, witec.de
- DoITPoMS టీచింగ్ అండ్ లెర్నింగ్ ప్యాకేజ్ - రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ - అండర్ గ్రాడ్యుయేట్ స్థాయిని లక్ష్యంగా చేసుకున్న పరిచయం. doitpoms.ac.uk
- రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ట్యుటోరియల్ - రిసోనన్స్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ రామన్ స్కాటరింగ్ అండ్ సర్ఫేస్-ఎన్‌హాన్స్‌డ్ రామన్ స్కాటరింగ్‌లను కలిగిన రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ సమగ్ర వివరణ. 161.25.205.25
- ది సైన్స్ షో, ABC రేడియో నేషనల్ - ఇంటర్వ్యూ విత్ సైంటిస్ట్ ఆన్ NASA ఫండెడ్ ప్రాజెక్ట్ టు బిల్డ్ రామన్ స్పెక్ట్రోమీటర్ ఫర్ ది 2009 మార్స్ మిషన్: ఎ సెల్యులార్ ఫ్రోన్ సైజ్ డివైస్ టు డిటెక్ట్ ఆల్మోస్ట్ ఎనీ సబ్‌స్టాన్స్ నౌన్, విత్ కమర్షియల్ <USD$5000 కమర్షియల్ స్పిన్-ఆఫ్, ప్రోటోటైప్‌డ్ బై జూన్ 2006. abc.net.au/rn
- రామన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఫర్ మెడికల్ డయాగ్నసిస్ ఫ్రమ్ ది జూన్ 1, 2007 ఇష్యూ ఆఫ్ అనలైటికల్ కెమిస్ట్రీ [permanent dead link], pubs.acs.org
- స్పాంటేనియస్ రామన్ స్కాటరింగ్ (SRS)[permanent dead link], lavision.de