Spectroscopia Raman dispersiva La iradierea unei probe cu o sursa de lumina monocromatica intensa (de obicei un laser), cea mai mare parte a radiatiei este imprastiata de proba la aceeasi lungime de unda ca cea a radiatiei laser incidente, printr-un process numit imprastiere Rayleigh. Totusi, o proportie mica din lumina incidenta – aproximativ un foton dintr-un milion – este imprastiata la lungimi de unda deplasate fata de lungimea de unda originala a laserului. Spectroscopia Raman studiaza nivelele de energie ale moleculelor prin examinarea frecventelor prezente în radiatia împrastiată de moleculele iradiate. Fotonii incidenti constituie radiatia Stokes de frecventă inferioară comparativ cu cea provenita de la proba. Alti fotoni incidenti pot prelua energia de la molecule (dacă sunt deja excitate) si sunt împrăstiati ca radiatie anti-Stokes de frecventă mai mare. Componenta radiatiei împrăstiate, fără schimbarea frecventei se numeste radiatie Rayleigh.

Fig. 1 Schema de obtinere a unui spectru Raman

(1) Lumina laser excita proba (2) Lumina este imprastiata in toate directiile (3) O parte din lumina imprastiata este directionata catre detector, care inregistreaza

spectrul Raman (4) Acest spectru figureaza lumina laser la frecventa originala (Rayleigh) si

componentele Raman specifice probei analizate Starile vibrationale analizate de spectroscopia Raman sunt similare celor implicate in spectroscopia in infrarosu. In multe laboratoare, spectroscopia in IR si cea Raman sunt folosite ca tehnici complementare, deoarece fiecare metoda priveste aspecte diferite ale unei probe date. In timp ce in IR se studiaza grupele functionale si legaturile cu polaritate ridicata, metoda Raman este mai sensibila la structurile

lanturilor alifatice, respectiv la legaturile simetrice. Utilizand ambele tehnici, se poate obtine o cantitate dubla de informatii despre structura vibrationala a probelor.

Fig.2 Starile energetice ale moleculelor in analiza Raman

Pozitia si intensitatea benzilor spectrului Raman, pot reflecta structura moleculara a

probelor si pot fi utilizate pentru determinarea identitatii chimice ale acestora prin asocierea cu informatiile existente in diferite baze de date. Spectrele pot de asemenea arata schimbari subtile in structura cristalina, ca de exemplu introducerea unor defecte. Avantajele spectroscopiei Raman Spectroscopia Raman ofera cateva avantaje majore comparativ cu alte tehnici analitice:

• Este o tehnica de imprastiere a luminii, deci nu necesita o pregatire prealabila a probelor ci doar asezarea probei in zona de iradiere. Sticla, apa sau pungile de plastic dau spectre de intensitate foarte mica, deci probele se pot analiza direct din ambalaje fara a avea riscul contaminarii prin expunere la mediul ambiant.

• Analiza Raman este o tehnica nedistructiva, nu este nevoie de dizolvarea solidelor, presarea pastilelor, comprimarea prob

• elor sau alterarea in alt fel a structurii chimice sau fizice. De aceea Raman este o metoda ideala de analiza a proprietatilor fizice cum ar fi cristalinitatea, tranzitii de faza sau polimorfismul.

• Spre deosebire de alte tehnici vibrationale, lungimea de unda a laserului este de obicei independenta de benzile vibrationale studiate. Din moment ce spectroscopia Raman masoara deplasarea in frecventa fata de laserul utilizat pentru excitarea probei, acesta poate opera incepand cu domeniul UV si pana la NIR. In acest fel, permite accesul la informatii asociate lungimilor de unda cuprinse intre 2 – 200 μm. Acest lucru face din Raman o tehnica ideala pentru studiul materialelor anorganice cu frecvente vibrationale in IR-departat, care sunt altfel dificil de atins. Microscopul Raman dispersiv cu laser de excitare in vizibil

furnizeaza o rezolutie spatiala de 1 µm, fiind foarte des utilizat in analiza contaminantilor de ordin micronic.

Dezavantajele Raman:

• Este nevoie de o sursa laser pentru observarea imprastierii Raman, acest lucru poate conduce la incalziri locale si/sau fotodescompunere, in mod special in Ramanul de rezonanta, in care frecventa laserului este in mod deliberat setat pentru a se potrivi cu benzile de absorbtie ale moleculelor.

• Unele probe, in special cele de natura organica sau cele biologice, pot da fluorescenta in momentul cand sunt iradiati de un laser. Excitarea acestor probe cu un laser verde (532 nm) poate promova fluorescenta acestor specii astfel incat nu se va mai observa spectrul Raman. In acest caz se utilizeaza un laser din domeniul rosu (633 nm) sau NIR (780 nm), acestea pot fi o alternativa. Avand energia fotonilor mai mica, un laser rosu sau NIR poate evita tranzitiile electronice (si deci fluorescenta) pentru a se putea detecta imprastierea Raman.

• Un sistem Raman de ultima generatie costa de regula mult mai mult decat un spectrofotometru conventional FT-IR.

Protocol de lucru: Scopul lucrarii consta in: 1) Studiul gradului de functionalizare al nanotuburilor de carbon cu pereti multiplii (MWNT) functionalizate cu polieteri. 2) Studiul reticularii monomerilor dentari de tip metacrilic prin polimerizare fotochimica initiata de camforchinona si amina Pregatirea echipamentului pentru analiza:

• Se porneste sistemul DXR Raman Microscope si calculatorul. • Se deschide soft-ul Omnic • Se incalzeste laserul de 633 nm timp de 15 min • Se seteaza puterea laserului la 6 mW • Se aseaza proba de analizat pe o lamela de sticla curata si se introduce in

compartimentul de analiza • Se focuseaza spotul pe proba • Se inchid usile si se seteaza datele de analiza din soft (autofocusare, raport

semnal-zgomot, numar de scanari) • Se porneste analiza Raman Prelucrarea datelor: (1) Spectroscopia Raman este o metodă avansată de caracterizare a nanotuburilor

datorită posibilităţii de identificare a structurii acestora prin analiza benzilor

caracteristice prezentate în figura 3 : radial breathing mode (RBM) situată între 70-300 cm-1 este amprenta după care se identifică diametrul nanotuburilor (de obicei apare pentru SWNT, dar si pentru MWNT neaglomerate); banda D la ~1350 cm-1 este banda ce dă informaţii despre o anumită dezordine apărută în structura peretilor nanotuburilor cum ar fi atomii de carbon sp3 introduşi la funcţionalizare; banda dublă G la ~1380 cm-1 care rezidă din vibraţiile tangenţiale din planul grafenei şi dă informaţii despre caracterul metalic al nanotuburilor analizate.

O cuantificare a funcţionalizării este calculul raportului ID/IG din spectrele Raman obţinute pentru nanotuburile iniţiale (MWNT nefunctionalizate) si cele având molecule de polieteri atasate la suprafata, acesta permite cunoaşterea cantităţii de “defecte” de tip sp3 introduse prin functionalizare.

Fig.3 Benzile caracteristice spectrelor Raman pentru formele alotrope ale carbonului

(2) Se studiaza procesul de polimerizare a monomerului uretan dimetacrilat (UDMA) prin urmarirea conversiei legaturilor duble in Raman, deoarece legaturile C=C din gruparile metacrilice sunt nepolare si prezinta intensitate mai mare aici, comparativ cu spectrele FT-IR.

H3C

CH2

O

OO

O

HN

NH

O

O

CH3 CH3

R R

O

O

CH3

CH2

R=H or CH3 (1:1) Gradul de conversie a legaturii metacrilice se calculeaza din datele obtinute din spectrele Raman inregistrate astfe: aria benzii de la 1638 cm-1 (corespunzatoare legaturii C=C) raportata la aria benzii de referinta de la 1455 cm-1 (caracteristica vibratiei de deformare la legaturii C-H) utilizand urmatoarea formula:

1001

01455

1638

1455

1638

⋅

−=

AAAA

tη [%]