I kirish 1 Nefelometrik tahlil usulining nazariy asoslari

Rasm izohi
Lazer nuri namunani qo’zg’atadi

Bu nur barcha yo’nalishlarda tarqaladi (yoyiladi)

Yorug’lik qisman Raman-spektrni qayd etadigan detektorga borib tushadi

Spektrda lazerning boshlang’ich chastotasidagi nur (yoki Reley nuri) va har bir noyob (o’ziga xos) namuna uchun xos bo’lgan spektral xususiyatlar taqdim etilgan.

Quyida keltirilgan energetik holatlar diagrammasida ko’rsatilganidek, qo’zg’atilmagan holatdagi molekula asosiy quyi darajada (asosiy tebranish va elektron holat) bo’ladi. Lazerning elektr maydoni kimyoviy guruhlar qutblashuvini induksiyalab (keltirib chiqarib), tizim energiyasini nobarqaror holatga qadar ko’taradi. Qutblashgan holat asl (haqiqiy) energetika holati bo’lmay, u ―virtual holat‖ deb nomlanadi. Virtual holatdan relaksatsiyalanish zudlik bilan ro’y berib, asosan shundan so’ng yana asosiy holatga qaytiladi. Ana shu jarayonga Reley yoyilishi (tarqalishi) deyiladi. Qo’zg’atishning birinchi tebranish bosqichiga relaksatsiyalash Stoks-Raman siljishi (Stokes-Raman shift) deb
nomlanadi. Stoks-Raman yoyilishi lazer nurlanishiga nisbatan pastroq (kamroq) energiyaga ega (uning to’lqin uzunligi kattaroq). Aksariyat tizimlarning bir qism birliklari (molekulalari) qo’zg’atilgan tebranuvchan holatda bo’ladi. Raman yoyilishida (tarqalishida) bunday molekulalar qo’zg’atilgan tebranuvchan holatdan asosiy energetika darajasiga o’tib, natijada lazer nurlanishiga nisbatan kattaroq energiyaga ega (to’lqin uzunligi nisbatan qisqa) bo’lgan nurlanish yuzaga keladi. YOyilishning (tarqalishning) bunday turi anti-Stoks-Raman siljishi deb atalib, u diagrammada ko’rsatilmagan.
Raman spektroskopiyada tadqiq etiladigan tebranuv holatlari IK spektroskopiyadagi shu kabi holatlar bilan bir xil. SHu sababli Raman spektroskopiya Fure-o’zgartirishli IK spektroskopiyaga (IK Fure- spektroskopiya) uslubiga juda o’xshash. Aslida Raman va IK spektroskopiya komplementar, ya‘ni bir- birini o’zaro to’ldirib keladigan uslublar hisoblanadi. IK spektrda kuchli namoyon bo’ladigan tebranishlar (kuchli dipollar), odatda, Raman spektrda kuchsiz namoyon bo’ladilar. SHu bilan birga, juda intensiv Raman chiziq(polosa)larini beradigan qutbli bo’lmagan funksional guruhlar juda zaif IK signallar beradilar.
Masalan, gidroksil, karbonil guruhlar yoki aminoguruhlar tebranishlari IK spektrda juda kuchli, Raman spektrda esa o’ta sust namoyon bo’ladilar. Biroq ikki va uch karrali uglerod-uglerod aloqalar (bog’liqliklar) va aromatik guruhlarning simmetrik tebranishlari Raman spektrda o’ta kuchli aniqlanadilar. SHunga bog’liq ravishda Raman spektroskopiya nafaqat alohida uslub sifatida, balki namuna mohiyati, uning kelib chiqishi to’g’risida to’liq tasavvurga ega bo’lish uchun IK-Fure spektroskopiya bilan birga ham qo’llaniladi.
Tebranish spektroskopiyasi molekulalar tuzilmasi (strukturasi) haqida asosiy ma‘lumotni beradi. Masalan, spektrdagi chiziq(polosa)lar holati va intensivligidan namuna molekulyar tuzilmasini o’rganish yoki uni kimyoviy jihatdan identifikatsiyalash uchun foydalanish mumkin
Tahlil (analiz) natijasida kimyoviy komponentlarni identifikatsiyalash (modda tabiati, kelib chiqishini aniqlash) yoki Raman spektrdagi chiziq(polosa)lar holati va intensivligini kuzatib, molekula ichidagi o’zaro ta‘sirlarni o’rganish mumkin. Bunda spektrlar bibliotekalari bo’yicha izlashni qo’llab, shunchaki komponentlarni identifikatsiyalashning o’zi etarli. Raman spektrlar, katta spektral axborotga egaligi, har bir komponent uchun ―barmoq izlari‖ sohasi mavjudligi, izlash algoritmlarining soddaligi tufayli bibliotekalar bo’yicha izlash uchun juda mos hisoblanadi.
Raman spektroskopiya boshqa analitik uslublar oldida anchagina ustunlikka, ustuvor jihatlarga ega. Ulardan eng muhimlari namuna tayyorlashning soddaligi va katta hajmda axborot olish imkoniyati.
Raman spektroskopiya – yorug’lik tarqalishiga (yoyilishiga) asoslangan uslub bo’lib, shu sababli spektr yig’ish uchun barcha harakat – tushayotgan yorug’lik nurini namunaga aniq yo’llash, so’ng yoyilgan (tarqalgan) yorug’likni yig’ib olishdan iborat.
Namunaning qalinligi Raman spektroskopiya uchun muammo tug’dirmay (IK spektroskopiyada namunalarni o’zidan nur o’tkazishga tahlil qilishdan farqli ravishda), shuningdek atrof muhit, atmosfera ham Raman spektrlarga katta ulush qo’shmaydi. SHu sababli namunalar uchun mo’ljallangan kyuvet bo’linmasini vakuumlash yoki quritish talab etilmaydi. SHisha, suv va plastik qadoq o’z holicha juda zaif Raman spektrlariga ega ekanligi uslubdan foydalanishni yana ham soddalashtiradi. Ko’pincha namunalarni shisha idishda yoki plastik paketda, qadog’ini buzmasdan, iflos qilib qo’yishdan qo’rqmay tahlildan o’tkazish mumkin. Suv aralashmalari ham tahlil uchun tayyor bo’lib, erigan namuna tahlili uchun suvni chiqarib yuborish shart emas. Bu uslubda atmosferadagi namlikning ahamiyati yo’qligi sababli spektrometrni havo bilan tozalash ham kerak emas.
Bundan tashqari, bir xil Raman spektrlariga ega bo’lgan ikki molekula bo’lmaganligi kabi, yoyilgan (tarqalgan) yorug’lik intensivligi modda miqdoriga bog’liq. Bu moddaning miqdori, ham uning sifatiga doir ma‘lumotlarni osonlik bilan olish, spektrni talqin qilish (interpretatsiyalash), spektrlar bibliotekasidan foydalanish, miqdoriy tahlilning kompyuter uslublarini qo’llagan holda ma‘lumotlarga ishlov berish imkonini yaratadi.
Raman spektroskopiya – tahlilning shikastlamaydigan uslubi. Unda qattiq jismlarni eritish, tabletkalarni presslash, namunani optik elementlarga jipslash yoki namunaning fizik yo kimyoviy tuzilmasini boshqa tarzda o’zgartirish uchun zarurat yo’q. SHunday qilib, Raman spektroskopiya kristallilik, fazaviy
o’tishlar va polimorf holatlar kabi fizik xossalar tahlili uchun keng qo’llaniladi. Namunani tayyorlash hojati yo’qligi tagliklar va tutqichlarni tozalash zarurati, shuningdek bir-birini ifloslash kabi muammolardan xoli bo’lish imkonini beradi.
Raman spektroskopiya boshqa tebranuvchan uslublarga nisbatan bir necha qo’shimcha ustuvor jihatlarga ham ega, chunki uning spektrlar diapazoni o’rganilayotgan tebranish xususiyatlariga bog’liq emas. Boshqa tebranuvchi uslublar o’rganilayotgan chastotalarga bevosita muvofiq keladigan chastotalar terilishini talab qiladi. Raman spektroskopiya tadqiqotchilar uchun ham eng qulay, maqbul uslub hisoblanadi, chunki UF dan to eng yaqin IK sohagacha bo’lgan keng diapazonda ishlashi bilan mazkur namuna uchun eng qulay diapazon tanlash va eng yaxshi natijalar olish imkonini beradi. Raman spektroskopiya boshqa uslublar yordamida o’rganish qiyin bo’lgan uzoq infraqizil sohadagi chastotalar bilan bog’liq tebranuvchan holatlarni tadqiq etish imkonini beradi. Raman mikroskoplar makonda 2 mkm dan yaxshiroq imkonga ega bo’lib, Raman spektrometrlari tolali optika bilan ishlay oladilar va bu bilan 2 dan 100 mkm gacha uzunlikdagi to’lqinlar diapazonidagi tebranuvchan holatlar to’g’risida ma‘lumot olish imkonini yaratadilar. O’z chastotalari yordamida bunday natijaga erishishning deyarli iloji yo’q, ammo Raman spektroskopiyasi yordamida bunga osonlik bilan erishiladi.
Raman spektrometrlari spektr olishning ikki usulidan biriga asoslanadilar: dispersion Raman spektroskopiya yoki Fure-o’zgartirishli Raman spektroskopiya. Har bir usul o’ziga xos ustuvor jihatlariga ega va muayyan vazifalarni bajarish uchun o’ta muvofiq keladi.
Raman spektriga ega bo’lish uchun yig’ilgan yoyilgan (tarqalgan) nurlanishni to’lqinlarning alohida uzunliklariga bo’lish talab etiladi. Dispersion Raman spektrometrlarida bu Raman signalini makon jihatidan nurlanishni turli uzunlikdagi to’lqinlarga ajratib yuboradigan panjara (reshyotka)ga jamlash (fokuslash) bilan amalga oshiriladi. Ana shu ajratilgan nur CCD detektorga yo’llanadi.
Dispersion Ramanda, odatda, ko’zga ko’rinadigan lazerlardan foydalaniladi. Lazer to’lqinlarining odatiy uzunliklari 780 nm, 633 nm, 532 nm va 483 nm bo’lishiga qaramay, boshqa to’lqinlar ham qo’llanishi mumkin. To’lqin uzunligi nisbatan kalta bo’lgan lazerlarni qo’llashning ustuvor jihati – Raman signalining to’lqinlarning qisqaroq uzunliklarida ro’y beradigan kattalashishidan iborat. Raman yoyilishi (tarqalishi) samaradorligi 1/λ⁴ ga proporsional bo’lib, shu sababli lazer nurlanishining to’lqin uzunligi kamayganida signal ancha kattalashadi.
Bir qarashda Raman spektrometrlari nisbatan qisqaroq to’lqinli lazerlardan foydalanishi kerak bo’lib tuyuladi. Biroq Raman spektroskopiyadan keng ko’lamda foydalanish yo’liga to’siq bo’lib turgan hodisa bo’lib, bu – oldindan qaysi tarafga o’zgarishini bilib bo’lmaydigan fluoressensiya (yaltirash, nur qaytarish hodisasi). Fluoressensiya namunani kuchli nurlantirishdan iborat bo’lib, u hatto Raman signalidan bir necha barobar kuchli. Ozroq fluoressensiya ham tadqiq etilayotgan Raman signalini to’sib, uni sezdirmay qo’yishi mumkin.
Fluoressensiya hodisasi virtual energetika darajasi yuqori elektron darajadan yuqori bo’lgan holda yuz beradi. SHunday qilib, lazer energiyasi kattalashganida (nisbatan qisqa uzunlikdagi to’lqinlar) fluoressensiya yuz berish ehtimoli ham ortadi. Bu hodisa qo’zg’atuvchi lazer to’lqinining uzunligiga ham bog’liq. SHuning uchun bir uzunlikdagi to’lqinlarda fluoressensiyalanadigan namunalar boshqa to’lqinlarda bunday nur chiqarmasligi mumkin. bundan kelib chiqib, asbob tanlashda qo’zg’atuvchi lazerni naqadar tez va oddiy almashtirish mumkinligini ham e‘tiborga olish lozim.
Panjara (reshetka) spektrga bo’linish imkoniyati (razreshenie) va yorug’lik o’tkazishga ham katta ta‘sir ko’rsatadi. Panjaralar o’z yuzasida katta miqdordagi ―kuydirilgan‖ shtrixlar yoki kesiklarga ega bo’lib, ular kirib kelayotgan nurlanishni tarqatib (yoyib) yuborishga xizmat qiladilar. Panjaradagi shtrixlar soni naqadar ko’p bo’lsa, chiqib ketadigan nurlanish dispersiya burchagi ham shuncha kengroq bo’ladi.
Yuqori imkoniyatga ega bo’lgan (masalan, 1800 yoki 2400 chiziq/mm) asboblar uchun katta miqdordagi shtrixli panjaraga ega bo’lish muhim. Imkoniyati pastroq asboblar uchun shtrixlar soni kam bo’lgan (300 yoki 600 chiziq/mm) panjaralar talab etiladi. CHiqish nurlanishi dispersiyasi qancha yuqori bo’lar ekan, detektorda barcha uzunligidagi to’lqinlar joylashgan zona ham shu qadar katta bo’ladi.
O’lchami belgilangan (qayd etilgan) detektorlar uchun muayyan qiymat imkoniyati (razreshenie) mavjud bo’lib, undan Yuqorida gi barcha Raman uzunligidagi to’lqinlar ham detektorga tushavermaydi.
Nisbatan kattaroq dispersiyaga (nisbatan kattaroq imkoniyat (razreshenie)) ega bo’lingan holda spektr sohalarini izchil yig’ish uchun yo panjarani, yo detektorni boshqa joyga siljitish kerak.
Panjara ishi (otklik) ham to’lqin uzunligiga bog’liq bo’lib, shu sababli to’lqinlar uzunligi o’qi bo’ylab dispersiya (imkoniyat) chiziqli bo’lmay, to’lqin soni (sm^-1) nisbatan yuqori bo’lganida dispersiya ham ortib boradi. Ana shu tufayli spektr imkoniyati muayyan to’lqin uzunlik sonlari uchun ko’rsatilishi talab etilib, hamda u spektr bo’ylab o’zgarishi ham mumkin.
Xulosa qilib aytganda, panjaralar nisbatan tor spektrlar diapazonida optimal nur o’tkazish uchun kuydirilib, shu sababli ular kerakli imkoniyatdan (razresheniedan) kelib chiqib tanlanishi va lazerning to’lqin uzunligiga muvofiq kelishi shart. Bir panjaradan bittadan ko’proq lazer yoki imkoniyat uchun foydalanish asbob yorug’lik kuchi va sezgirligi orasida mutanosiblikka erishishni talab etadi. Panjaralar lazerga va tajriba sharoitlariga muvofiq ravishda tanlab olinsa, ayni muddao bo’ladi.
Odatda dispersion Raman spektrometrlari uchun qo’llanadigan CCD detektorlari o’ta katta sezuvchanlikka ega bo’lgan kremniyli qurilmalardan iborat. CCD ning deteksiyalovchi yuzasi nurga sezgir, piksel deb ataladigan elementlarning ikki o’lchamli matritsasidan tashkil topadi (odatda har bir piksel 30 mkm dan kichik). Har bir piksel individual detektor kabi ishlaganligi sababli, to’lqinning har bir tarqalgan (yoyilgan) uzunligi muayyan piksel (yoki yaqin joylashgan piksellar guruhi) bilan deteksiyalanadi.
CCD detektorlari to’lqinlarning, odatda 400 dan 1000 nm gacha bo’lgan keng diapazoni bo’yicha qaytgan to’lqinlarga (otklikka) ega bo’ladi. Maxsus detektorlar 1100 nm gacha yoki UF diapazonidan pastroq otklikka egadirlar. 780 nm lazerli dispersion Raman spektrometrlari uchun 3000 sm^-1 sohadagi qaytgan to’lqin (otklik) (spektrdagi valent S-N tebranishlar) 1018 nm nurlanishning natijasi bo’lib keladi. Ko’pgina oddiy CCD matritsalar yaqin IK sohada lazerlarning yuqori to’lqin sonlari uchun juda zaif qaytgan to’lqinlarga (otkliklarga) ega bo’lib, yanada yuqoriroq to’lqin sonlari uchun CCD detektorlarini qo’llab bo’lmaydi.