Bu kısımda Raman spektroskopisinin uygulama alanlarıyla
tipik bazı organik bileşiklerin IR ve Raman spektrumlarının kıyaslamalarına
örnekler verilmiştir.
Raman spektroskopisi organik, inorganik, ve biyolojik
sistemlerin kalitatif ve kantitatif analizlerinde kullanılmaktadır.
1.
İnorganik Maddelerin Raman Spektrası
Raman tekniği, sulu çözeltilerle çalışmaya olanak
verdiğinden inorganik sistemlerin analizinde infrared teknikten daha üstündür.
Ayrıca metal-ligand bağının titreşim enerjileri, çoğunlukla, 100-700 cm-1 aralığında bulunur; bu bölgede infrared
çalışmalar oldukça zordur. Oysa bu titreşimlerin çoğu Raman-aktiftir ve Ds değerlerini karşılayan pikler elde edilir.
Raman çalışmalarla koordinasyon bileşiklerinin bileşimi,
yapısı, ve kararlılığı incelenebilir. Örneğin, çeşitli halojen ve halojenli
bileşikler Raman spektraları ile teşhis edilebilirler. Metal-oksijen bağları da
aktiftir. VO4, Al(OH)-4, Si(OH)8-2,
ve Sn(OH)6-2 gibi grupların spektrasından, maddenin olası
yapısı hakkında bilgi edinilir. Örneğin, perklorik asit çözeltilerinde vanadyum(4),
V(OH)2+2 (sulu) den çok, VO+2 (sulu) şeklinde
bulunur; borik asit çözeltileriyle yapılan çalışmalarda asitin disosiyasyonuyla
oluşan anyon H2BO3- değil, tetrahedral B(OH)4-
dur. H2SO4, HNO3, H2SeO4,
ve H5IO6 gibi kuvvetli asitlerin disosiyasyon sabitleri
de Raman ölçmeleri ile saptanabilmektedir.
2.
Organik Maddelerin Spektrası
Raman spektra bazı organik bileşikler için infrared
spektradan daha fazla bilgi verir. Örneğin, olefinlerin çift-bağ gerilme
titreşimi zayıf infrared absorbsiyonu verir ve bazan teşhis bile edilemez.
Diğer taraftan Raman bandı (infrared bandda olduğu gibi 1600 cm-1
'de çıkar) şiddetlidir, ve konumu geometrisini ve substituetlerin yapısını
belirmeye olanak verir. Yani, infrared spektra ile açıklanamayan bir olefinik
fonksiyonel grup hakkında Raman çalışmaları ile çok yararlı bilgiler alınır.
Sikloparafin türevleri için de benzer bir durum vardır; bu
bileşikler 700-1200 cm-1 bölgesinde karakteristik Raman piki
verirler. Bu pik, çekirdeklerin halkanın merkezine göre simetrik olarak, içe ve
dışa doğru hareketleriyle oluşan "nefes alma (breathing)"
titreşimidir. Pikin yeri siklopropan için 1900 cm-1 dir ve bileşiğin
karbon sayısının artmasıyla sürekli olarak düşerek siklooktan için 700 cm-1
'de bulunur; bu özelliği nedeni ile Raman spektroskopisi parafinlerin halka
büyüklüğünü tanımlayabilen fevkalade bir cihazdır. Bu vibrasyonu gösteren IR
pik çok zayıftır veya hiç gözlenemez.
Şekil-12’de, alkan
grupları için bazı grup frekanslarını gösteren tipik üç organik maddenin spektrumları
verilmiştir heptan, sikloheksan ve izo-oktan.
Hem Raman spektrada ve hem de infrared spektrada fonksiyonel
grupların tanımlandığı bölgeler ve özel bileşiklerin teşhis edilmesinde
yararlanılan parmak izi bölgeleri vardır. Şekil-13'de fonksiyonel grupların
frekanslarını gösteren bir tablo verilmiştir. Organik bileşiklerin
tanımlanmasında referans olarak kullanılan Raman spektra katologları bulunur.
Şekil-12: Önemli fonksiyonal grupların IR ve Raman spektrumları
Şekil-13: Çeşitli
organik fonksiyonel grupların grup frekanslarını gösteren ilişki tablosu
3.
Raman Spektroskopinin Biyolojik Uygulamaları
Raman spektroskopisi biyolojik sistemlerde çok başarılıdır.
Bu yöntemin avantajları az miktarda örnekle çalışılabilmesi, suya karşı hassas
olmayışı, spektral detayların fazlalığı, ve konformasyonel ve çevresel
hassasiyetlerdir.
4.
Kantitatif Uygulamalar
Raman spektrada infrared spektraya kıyasla daha az sayıda
pik bulunur. Karışımlarda üst üste düşen piklerle fazla karşılaşılmaz ve bu
nedenle de kantitatif ölçmeler daha basitleşir. Ayrıca Raman cihazındaki
parçalar nemden etkilenmezler, ve örneğin içereceğe az miktardaki su deneyi
engellemez. Bu avantajlarına rağmen
Raman spektranın kantitatif analizde kullanımı fazla yaygınlaşamamıştır. Yöntemin
karışımlarda ne kadar başarılı olduğu Nicholson'ın yayınladığı bir çalışmasında
görülmektedir; çalışma sekiz maddenin karışımının analizidir. Bileşikler benzen,
izopropil benzen, üç ayrı izopropil benzenler, iki ayrı izopropil türevi, ve
1,2,4,5-tetraizopropil benzendir. Karakteristik piklerin gücü, referans (CCl 3
) bir pikle kıyaslanır ve her bileşiğin karışım içindeki hacim % si ile
doğrusal olarak değiştiği kabul edilir.
5.
Diğer Tip Raman Spektroskopileri ve Uygulamaları
Ayarlanabilir lazerlerin geliştirilmesiyle 1970'li yıllardan
sonra yeni Raman spektroskopik yöntemler geliştirilmiştir. Aşağıda bu
yöntemlerden ikisi hakkında kısa bilgiler verilmiştir.
Resonans
Raman Spektroskopisi: Resonans
Raman spektroskopisinde, bir maddenin elektronik absorbsiyon piki ile ayni veya
çok yakın bir frekanstaki lazer kaynağı kullanılır; böylece kromoforun Raman
saçılmasında önemli derecede artma gözlenir. Hassasiyet ve seçicilik yüksektir.
Bu teknikte yerel ısınmayla örnek bozulacağından, lazer demetinin geçtiği örnek
döndürülür veya pulslu demet kullanılır.
Koherent
(Coherent) Anti-Stokes Raman Spektroskopisi (CARS): Bu teknikte normal Raman spektroskopisinde karşılaşılan düşük
verim, görünür ve ultraviole bölgeyle sınırlanma, ve fluoresanstan etkilenme
gibi bazı sorunları bulunmaz.
Bir CARS deneyinde ayarlanabilir boya lazeri pompalayan bir
lazer pompası kullanılır. np
frekansındaki lazerin bir kısmı pompalamada kullanılırken bir kısmı örneği
uyarmada harcanır. Boya lazeri de örneği uyarmada kullanılır, bunun frekansı nd dır. nd, iki uyarma frekansı arasındaki fark bir raman
hattının resonans frekansına (nr)
eşit oluncaya kadar değişir. Yani, nr
= np - nd Buna göre meydana gelen ışın
demetinin na frekansı, na = 2 np - nd
Bu ışın her yönde saçılmayan ahenkli bir ışından ve bu
özelliğiyle de normal Raman ışınından ayrılır. Uyarıcı demetten ayrılması için
bir monokromatöre gereksinim olmaz, demetten uygun bir açı ile emitlenir.
Anti-Stokes bölgede oluştuğu için örneğin Stoke fluoresansından etkilenmez
(Stokes bölgede na = 2 np + nd de benzer bir demet oluşur). Uyumlu anti-Stoke
emisyonun verimi yüksektir. Demet uyumlu olduğundan, yüksek algılama değerleri
elde edilir; bu nedenle hassasiyet de yüksek olur.
Bazı Organik Bileşiklerin IR ve Raman
Spektrumları
Mesitilen, C9H12 (120.19)
2-Metilstiren, C9H10 (118.18)
2,4-Dikloroasetofenon, C8H6Cl2O
(189.04)
Akrilik asit, C3H4O2
(72.06)
