ذرات هسته- پوسته در سال‌های اخیر، به دلیل خواص شگفت‌انگیزشان مورد توجه خاصی قرار گرفته‌اند. این ذرات ترکیبات ویژه‌ای نسبت به سایر ذرات دارند. همین ترکیب غیرمعمول آن‌هاست که این خواص جالب و شگفت‌انگیزشان را به وجود می‌آورد. این ساختارها ترکیبی از دو یا چند ماده متفاوت هستند. لایه داخلی هسته و لایه بیرونی پوسته نام دارد. اندازه، مورفولوژی و ترکیبات آن‌ها، ویژگی‌هایی هستند که به شدت بر عملکرد و کاربردهای چنین ساختارهایی تأثیر می‌گذارند. بنابراین تحقیقات بسیاری برای شناسایی و بررسی ساختار این مواد صورت گرفته‌است.
طیف سنجی رامان یک تکنیک آنالیزی است که برای مطالعه و آنالیز مولکول‌ها، ترکیبات شیمیایی و ساختارهای مختلف مواد، استفاده می‌شود.
تصویربرداری با استفاده از میکروسکوپ رامان، یک روش عالی برای بررسی ساختارهای هسته- پوسته است. به دلیل توانایی ارائه اطلاعات شیمیایی و ساختاری دقیق، رزولوشن بالا، طبیعت غیر مخرب و چند منظوره بودن آن در آنالیز مواد، کاندیدای خیلی خوبی برای بررسی ساختارهای این چنینی است. در شکل ۱ تصویری از میکروسکوپ رامان را مشاهده می‌کنید.
میکروسکوپ رامان چگونه کار می‌کند؟
زمانی نور لیزر با نمونه برهمکنش می‌کند، بیشتر آن با همان طول موج قبلی پراکنده می‌شود(پراکندگی رایلی). قسمت کوچکی از نور فرودی، فرایند پراکندگی متفاوتی را به نام پراکندگی رامان تجربه می‌کند. یک اسپکترومتر این نور پراکنده شده را جمع‌آوری و آنالیز می‌کند. طیف رامان به دست آمده، شامل پیک‌های مربوط به ارتعاشات مولکولی هر نمونه است. این پیک‌ها مشخصه‌های هر ماده هستند.
در میکروسکوپی رامان، نقشه‌برداری (Mapping) به فرآیند جمع‌آوری طیف‌های رامان از نقاط مختلف در یک نمونه اشاره دارد. با استفاده از این طیف‌ها، تصویر یا نقشه‌ای شیمیایی با وضوح فضایی از نمونه ایجاد می‌شود. این قابلیت نقشه برداری به محققان امکان می‌دهد تا توزیع مختلف اجزا شیمیایی درون نمونه را به صورت تصویری مشاهده و درک کنند.
همراه با اطلاعات طیفی که از هر نقطه به دست می‌آید، میکروسکوپ مختصات فضایی (X، Y، Z) هر طیف به دست آمده را ثبت می‌کند. این اطلاعات امکان بازسازی یک نقشه فضایی متناسب با سطح یا عمق نمونه را فراهم می‌کند.
با استفاده از داده‌های طیفی و فضایی جمع‌آوری شده، نرم‌افزار میکروسکوپی رامان یک تصویر یا نقشه را بازسازی می‌کند که توزیع گوناگون گونه‌های شیمیایی یا فازهای مختلف در نمونه را نمایش می‌دهد. این تصویر ممکن است واریانس‌های فضایی در غلظت‌ها، پلی‌مورف‌ها یا ترکیبات شیمیایی را نشان دهد.
نقشه شیمیایی حاصل، واریانس‌ها، گرادیان‌ها و یا مناطق متمایز از مواد مختلف را آشکار می‌کند. پژوهشگران می‌توانند این نقشه‌ها را با تصاویر اپتیکی یا داده‌های دیگر میکروسکوپی نمونه مقایسه کنند.
برای درک بیشتر چگونگی تشکیل مپ رامان خواندن مقاله میکروسکوپ رامان SRM را به شما پیشنهاد می‌کنیم.
آنالیز ترکیب SiO۲ @TiO۲
در این مقاله، تمرکز ما روی آنالیز ترکیب شیمیایی دانه‌های سیلیکا (SiO۲) است، که با یک لایه تیتانیا (TiO۲) پوشیده شده‌اند. تیتانیا می‌تواند در سه شکل مختلف وجود داشته باشد: آناتاز (anatase)، روتیل (rutile) و بروکایت (brookite). از بین این سه شکل، آناتاز کاربردهای گسترده‌تری دارد. فتوکاتالیز و فتوالکتروکاتالیز، دو کاربرد مهم آناتاز هستند. تعیین فرم تیتانیا، برای کاربردهایی که در آن‌ها تیتانیا به عنوان پوسته استفاده می‌شود، بسیار مهم است. میکروسکوپ رامان، به عنوان یک روش قدرتمند برای ارائه جزئیات ساختار شیمیایی، پلی‌مورفیسم و … شناخته شده است، که از این نظر در این آنالیز مفید است.
در شکل ۲ طیف رامان SiO۲ @TiO۲ را مشاهده می‌کنید.
در شکل ۳ مپ رامان SiO۲@TiO۲ را مشاهده می‌کنید. در این مپ، چهار ترکیب شناسایی شده‌اند. TiO۲ به صورت آناتاز خالص در این ترکیب موجود است که به صورت شفاف نشان داده شده است. TiO۲ بیشتر سطح SiO۲ را پوشانده است که به همین دلیل به صورت شفاف نشان داده شده است. SiO۲ آمورف با رنگ آبی، کوارتز با رنگ قرمز و کربن با رنگ زرد نشان داده شده است.
این آنالیز شیمیایی نشان می‌دهد که پلی‌مورف TiO۲ به صورت آناتاز خالص در این ترکیب وجود دارد. همچنین می‌توان دید که SiO۲، هم به صورت آمورف و هم به صورت کریستال(کوارتز)، در این ترکیب موجود است.
در این مپ رامان (شکل ۳) مشاهده می‌شود که پوشش TiO۲ به صورت یک دست نیست و به طور کامل سطح SiO۲ را نپوشانده است.
میکرو طیف سنج رامان پرمیوم SRM به شما این امکان را می‌دهد تا مپ‌های رامان را با دقت بالا تهیه کرده و اعتبار علمی تحقیقات خود را بالا ببرید.
جمع‌بندی
به طور خلاصه، طیف سنجی رامان تکنیکی قدرتمند در حوزه شناسایی و مورفولوژی مواد مختلف است. میکروسکوپ رامان برای شناسایی و تعیین مورفولوژی ترکیبات پیچیده، مانند SiO۲@TiO۲، انتخاب هوشمندانه‌ای است. اگر شما هم در حوزه مواد پژوهش می‌کنید، شرکت تکسان، میکروسکوپ‌های رامان تکرام و میکرو طیف سنج رامان پرمیوم SRM را به شما پیشنهاد می‌دهد. با انتخاب این دستگاه، علاوه بر دقت در آنالیزهایتان از مشاوره رایگان پیش از خرید نیز بهره‌مند شوید. همین حالا با ما تماس بگیرید.
منابع
۱-https://www.horiba.com/int/scientific/applications/material-sciences/raman-imaging-of-a-millimetre-sized-core-shell-sio2tio2-sphere/
