Спектроскопия комбинационного рассеяния света

Открытый в 1928 году метод спектроскопии комбинационного рассеяния света (в зарубежной литературе его называют «Рамановская спектроскопия» - Raman spectroscopy) нашел широкое применение в различных областях науки и промышленности. Его суть состоит в облучении образца монохроматическим пучком света (обычно от лазера) и регистрации спектра рассеянного образцом излучения, который, кроме пика на частоте падающего излучения (Рэлеевского максимума), содержит менее интенсивные пики на меньших (стоксовы компоненты) и больших (антистоксовы компоненты) частотах. Появление дополнительных компонент в спектре обусловлено взаимодействием падающего излучения с молекулами облучаемого вещества, которым свойственны колебания на строго определенных частотах. Поскольку частоты колебаний определяются характером внутри- и межмолекулярных связей, то спектр уникален для каждого химического соединения и зависит от его аллотропной формы и агрегатного состояния. Таким образом, спектроскопия комбинационного рассеяния света (КРС) позволяет определять элементный состав, аллотропную модификацию и агрегатное состояние вещества.

Метод КРС во многом дополняет метод инфракрасной спектроскопии (ИКС). Те моды, которые слабо проявляются в КРС, интенсивны в ИКС, и наоборот. Поэтому, для получения наиболее полной информации об образце, спектроскопия комбинационного рассеяния света используется в сочетании с инфракрасной спектроскопией.

Преимущества метода КРС:

• Простота пробоподготовки и большой объем получаемой информации
• Неразрушающий характер анализа - нет необходимости растворять твердые тела, прессовать таблетки, прижимать образец к оптическим элементам или иным образом менять физическую или химическую структуру образца
• Метод позволяет получать как количественную, так и качественную информацию об образце
• Спектральный диапазон не зависит от изучаемых колебательных особенностей. Спектроскопия комбинационного рассеяния света работает на длинах волн от УФ- до ИК-области, позволяя выбрать наиболее удобный диапазон для данного образца и получения наилучших результатов.
• КРС позволяет изучать колебательные состояния, связанные с частотами в дальней инфракрасной области, которые трудно изучать другими методами.

Спектроскопия комбинационного рассеяния света нашла широкое применение в

• медицине – для анализа взаимодействия медицинских препаратов с живыми клетками; выявления ранних стадий раковых заболеваний; диагностики атеросклероза, воспалительных заболеваний различных тканей и органов и т.д.;
• биологии – для классификации различных клеток и микроорганизмов, анализа внутриклеточной структуры;
• фармацевтике – для контроля качества исходного сырья, анализа отдельных стадий производственного процесса (смешивания компонент, сушки, покрытия оболочкой и т.д.), сертификации конечной продукции;
• химической промышленности – для контроля состава входного сырья и готовой продукции, контроля отдельных этапов производства, выявления источников загрязнений в производственном процессе, прогноза температур полимеризации и стеклования и т.п.;
• полупроводниковой промышленности – для контроля изменений кристаллической структуры кремниевых компонент, анализа загрязнений, а также для контроля механических напряжений в полупроводниковых пластинах и готовых изделиях;
• пищевой промышленности – для анализа жирных кислот в маслах; обнаружения загрязнений и опасных микроорганизмов в сырье и готовой продукции; анализа содержания сельскохозяйственных ядохимикатов и других нежелательных компонент в сырье и т.д.;
• геологии и минералогии – для точной идентификации различных минералов и включений в них, анализа их происхождения (в том числе – драгоценных и полудрагоценных камней);
• фундаментальной химии – для анализа химических связей в молекулах, отработки лабораторных технологий синтеза различных соединений;
• физике и материаловедении – для изучения фононных спектров массивных и наноструктурных материалов;
• криминалистике – для анализа различных тканей и пятен на них; идентификации взрывчатых и наркотических веществ; определения состава различных жидкостей, мелких частиц и т.д.
• экологии – для обнаружения и идентификации загрязнителей в воде и почве.