بررسی و تشخیص مواد در اعماق دریا به کمک طیف سنجی رامان

بررسی و تشخیص مواد در اعماق دریا به کمک طیف سنجی رامان

تشخیص و شناسایی مواد شیمیایی و زیست مولکول‌ها در اعماق دریا مانند شرایط آزمایشگاهی نیست و نیاز به تغییراتی دارد. اما با استفاده از دستگاه‌های قابل حمل طیف‌سنجی این امکان وجود دارد تا در همان محل، شناسایی با دقتی هم چون دستگاه‌های آزمایشگاهی انجام گیرد. یک تیم تحقیقاتی با استفاده از مخزن تحت فشار تیتانیومی به عنوان چمبر، توانست تا طیف‌های رامان مواد را در زیر آب تا عمق هزار متری ثبت کند. نتایج آن‌ها به روند استفاده از طیف سنجی رامان در بررسی و تشخیص مواد شیمیایی اعماق دریا کمک کرده است.
بررسی و تشخیص مواد در اعماق دریا به کمک طیف سنجی رامان

فهرست مطالب

مقدمه ای بر طیف سنجی رامان

در مقاله‌های قبلی به مقدار کافی از طیف سنجی رامان و دستگاه‌های مرتبط با آن صحبت شده است. اگر تمایل دارید که اطلاعات خود را در این زمینه افزایش دهید به شما پیشنهاد می‌کنیم تا مقاله‌های رامان در طیف سنجی، تکنیک‌های طیف سنجی رامان، انواع طیف سنجی رامان، اساس کار طیف سنج رامان و میکروسکوپ رامان چیست را مطالعه بفرمایید.
اما ما در این مقاله قصد داریم تا شما را به صورت کاملا خلاصه با روش طیف سنجی رامان آشنا کنیم.
در حال حاضر طیف سنجی رامان یک روش شناسایی و کمی سازی برای آنالیزهای آنلاین و آفلاین است. حساسیت طیف سنج رامان وابسته به فرکانس‌هایی است که پیوندهای یک مولکول در آن نوسان می‌کنند. همین موضوع هم باعث می‌شود تا رامان برای آنالیز کمی و کیفی یک روش عالی باشد. فرکانس هر پیوند تحت تاثیر محیط اطرافش است. بنابراین فرکانس‌های پیوند، یک اثر انگشت منحصر به فرد از مولکول را ارائه می‌کنند که می‌تواند برای شناسایی استفاده شود.
سیگنال ثبت شده در آزمایش رامان حاصل یک فرآیند پراکندگی است. یک منبع نور که معمولا نور لیزر است به نمونه تابش می‌شود. برخی از فوتون‌های فرودی به طور غیر کشسان توسط نمونه پراکنده می‌شوند که منجر به اختلاف انرژی نسبت به فوتون فرودی می‌شود. این اختلاف انرژی را می‌توان تعبیری از جابه جایی رامان یا رامان شیفت دانست. بزرگی آن متناسب با انرژی حالت‌های ارتعاشی خاص در آنالیت است.

دستگاه‌های مختلفی هستند که شما بر مبنای روش طیف سنجی رامان می‌توانید به آنالیز و شناسایی موادتان بپردازید. میکروسکوپ رامان و رامان پرتابل دو نمونه از این دستگاه‌ها هستند.

دستگاه رامان آزمایشگاهی و رامان پرتابل
شکل۱: دستگاه رامان آزمایشگاهی و رامان پرتابل

طیف سنجی رامان در مطالعات اعماق دریا

طیف سنجی رامان به طور گسترده در چندین صنعت برای آنالیز زیست مولکول‌ها، مواد و مواد شیمیایی استفاده می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی با کاربردهای دستگاه در صنعت حتما مقاله کاربردهای طیف سنجی رامان را مطالعه کنید. توانایی این روش در بازیابی اطلاعات کمی و کیفی، آن را به یک تکنیک بسیار محبوب تبدیل کرده است. علاوه بر آن آنالیز شما با رامان به دلیل آنلاین بودن بسیار کوتاه است.

زمانی که از استحکام ابزارهای مدرن رامان صحبت می‌کنیم به این معنی است که از آن‌ها در مکان‌های عجیبی مانند مریخ و عمیق‌ترین بخش اقیانوس استفاده شده است. در اعماق دریا از این تکنیک برای شناسایی غلظت متان، سولفید محلول و آنالیز آنلاین هیدرات‌های گاز طبیعی که برای نمونه برداری در سطح زمین بی‌ثبات هستند، استفاده شده است.

مطالعه مقاله  آنالیز پوست در ارزیابی محصولات آرایشی و بهداشتی با طیف‌ سنجی رامان
شناسایی مواد با رامان پرتابل در اعماق دریا
شکل۲: شناسایی مواد با رامان پرتابل در اعماق دریا

چالش این ابزارها نیاز به طراحی پروب‌هایی است که بتوانند در شرایط محیطی مانند فشار بالا مقاومت کنند. علاوه بر آن شما با چالش‌های دیگری نیز همراه هستید. مسئله کانونی کردن نور لیزر و جمع آوری سیگنال موثر در طولانی مدت چالش دیگری است که شما با آن مواجه هستید.
بعضی از بهبودهای بحرانی این تکنیک را توصیف کردند. به طور مثال ساخت یک کشتی فشرده‌تر که بتواند از راه دور کار کند و به خوبی در محل مورد نظر مستقر شود، شامل این بهبودها می‌شود.
این تیم توانست با بهینه کردن ویژگی‌های اپتیکی چیدمان به میزان LOD 0.7 نانو مولار دست پیدا کند. قطعا این مقدار در مقایسه با حساسیت چیدمان‌های رامان آزمایشگاهی عدد کمی است. اما این مقدار برای شرایط محیطی چالش برانگیزی که اندازه گیری در آن انجام شده، عالی است.

بهبود طراحی رامان در اعماق دریا

یکی از ویژگی‌های کلیدی طراحی برای دستیابی به حد تشخیص مناسب یا همان LOD مناسب، استفاده از ساختار تک کپسولی به جای چند کپسولی است که بیشتر در ابزارهای رامان در اعماق دریا یافت می‌شود.
طراحی‌های چند کپسولی برای این مورد استفاده قرار می‌گرفتند که در برابر اندازه بزرگ مورد نیاز برای تحمل شرایط عملیاتی با فشار بالا، استفاده آسانی داشتند. اما این استراتژی‌ها نیاز به کوپل کردن یک فیبر نوری اضافه و موازی کردن پرتو لیزر بین چمبرها دارد که باعث تلفات بیشتری می‌شود.
یک محفظه مجزا امکان استفاده از آینه‌ها را برای هدایت مسیر پرتوها فراهم می‌کند که بازده انتقال بسیار بهتری نسبت به فیبر نوری دارند. با این کار، تیم توانست تا تلفات نوری درون ابزار را به ۹ درصد کاهش دهد.

چالش های طیف سنج رامان در اعماق دریا

این دستگاه در کنار مزایایی که برای محققان دارد، چالش‌هایی هم به همراه دارد. یکی از چالش‌ های ذاتی طیف‌سنجی رامان، انتخاب طول موج تحریک نوری است. اثر رامان با افزایش طول موج تحریک کاهش پیدا می‌کند. بنابراین طول موج‌های کوتاه‌تر برای دست یابی به سطوح سیگنال بالاتر مطلوب است. اما از طرف دیگری بسیاری از مولکول‌ها هنگام تحریک در طول موج‌های کوتاه‌تر فلورسانس می‌دهند. جا به جایی به سمت طول موج‌های کوتاه‌تر Uv باعث افزایش طیف فلورسانس می‌شود. اگر شما بعد از خواندن این پاراگراف سردرگم شده‌اید و نیاز به مطالعه بیشتری در این زمینه دارید، به شما پیشنهاد می‌کنیم تا مقاله انتخاب بهترین لیزر مناسب در طیف سنجی رامان را مطالعه کنید.
سرانجام این تیم متوجه شد تا بهترین طول موج در این تحقیق و کار در آب دریا لیزر ۵۳۲ نانومتر است. در واقع شما می‌توانید از طیف سنج های رامان ۵۳۲ استفاده کنید. اگر در این زمینه نیاز به مشاوره دارید با کارشناسان شرکت تکسان تماس بگیرید.

مطالعه مقاله  استفاده از دستگاه طیف سنج رامان به عنوان جعبه ابزار جدید برای آزمایش‌های Covid-19
خطوط لوله‌ها در اعماق دریا
شکل۳: خطوط لوله‌ها در اعماق دریا

آینده صنعت رامان در اعماق دریا

طراحی سبک‌تر و حساس‌تر برای طیف سنجی رامان زیر آب، باعث ایجاد کاربردهای هیجان انگیز زیادی در صنعت می‌شود. در حال حاضر وسایل نقلیه از راه دور برای بسیاری از جنبه‌های تحقیقات علمی در اقیانوس‌ها و تعمیر و نگهداری خطوط لوله استفاده می‌شوند. زیرا ارسال کشتی‌های سرنشین دار در این شرایط امکان پذیر نیست.
توانایی تشخیص طیف گسترده‌ای از گونه‌های شیمیایی، طیف سنجی رامان را به گزینه‌ای جذاب برای کاربردهایی مانند بررسی نشت خطوط لوله گاز طبیعی یا بررسی مناطق مورد علاقه برای استخراج در اعماق دریا تبدیل می‌کند.

برخی از محدودیت‌ها با ایجاد ابزارهای کوچکتر و قابل مدیریت‌تر برطرف شده است. پیشرفت‌های کلیدی آینده برای افزایش پتانسیل کامل این تکنیک در صنایع نفت و گاز حساسیت آن را بیشتر می‌کند و هزینه‌های ابزار را کاهش می‌دهد.

جمع بندی

در این مقاله سعی کردیم تا کاربردهای طیف سنج رامان را در شرایط خاصی مانند عمق ۱۰۰۰متری دریا بررسی کنیم. توانایی اسپکترومتر رامان در شرایط مختلف آن را به یک تکنیک کاربردی تبدیل کرده است و به محققان این امکان را می‌دهد تا در همان مکان بدون ایجاد مشکل آزمایشات خود را با دستگاه انجام دهند. استفاده از طراحی‌های سبک‌تر طیف سنج رامان باعث شده تا کاربردهای زیادی در صنعت داشته باشد.

منابع

۱.https://zaya.io/w7h0v
۲.https://zaya.io/3aqvt
۳.https://zaya.io/g9mkt

مطالب مرتبط
0
افکار شما را دوست دارم، لطفا نظر دهیدx
()
x