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La spectroscopie Raman pour l'analyse chimique

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Raman Spectroscopy for Chemical Analysis

3.2: Internal Standards

3.7: X-ray Fluorescence (XRF)

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09:26 min

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April 30, 2023

Overview

Source : Laboratoire du Dr Ryoichi Ishihara — Université de technologie de Delft

La spectroscopie Raman est une technique d’analyse vibratoire et autres modes de basse fréquence dans un système. En chimie, il est utilisé pour identifier les molécules par leur empreinte digitale Raman. En physique du solide, il est utilisé pour caractériser les matériaux et plus précisément d’étudier leur structure cristalline ou la cristallinité. Par rapport à d’autres techniques d’enquête sur la structure cristalline (microscope électronique à transmission et diffraction des rayons x) micro-spectroscopie de Raman est non destructif, généralement ne nécessite aucune préparation de l’échantillon et peut être effectuée sur les volumes de petit échantillon.

Pour l’exécution de Raman spectroscopie un laser monochromatique est brillait sur un échantillon. Si nécessaire l’échantillon peut être recouvert par une couche transparente qui n’est pas active Raman (p. ex., SiO₂) ou placé dans l’eau distillée. Le rayonnement électromagnétique émis par l’échantillon (généralement dans le proche infrarouge, visible, ou près ultra-violet) est collecté, la longueur d’onde du laser est filtré (par exemple un filtre notch ou passe-bande) et la lumière qui en résulte est envoyée à travers un monochromateur (par exemple, une grille) à un détecteur de CCD. En utilisant ce, inélastique de la lumière diffuse, originaire de Raman scattering, peuvent être capturés et utilisés pour construire le spectre Raman de l’échantillon.

Dans le cas de Raman spectroscopie micro la lumière passe à travers un microscope avant d’atteindre l’échantillon, ce qui lui permet de se concentrer sur une zone aussi petite que 1 µm². Cela permet une cartographie précise d’un échantillon, ou la microscopie confocale afin d’enquêter sur des empilements de couches. Soin doit être pris, cependant, que le petit et intense laser spot n’endommage pas l’échantillon.

Dans cette vidéo, nous allons expliquer brièvement la procédure pour obtenir un Raman spectres, et donnera un exemple d’un spectre Raman capturé à partir de nanotubes de carbone.

Principles

La spectroscopie Raman dépend Raman diffusion, qui est la diffusion inélastique d’un photon à basse fréquence modes (modes par exemple vibrations ou rotationnels) dans un système d’atomes ou de molécules. C’est contrairement à la spectroscopie IR, qui dépend de l’absorption de la lumière infrarouge par modes de basse fréquence dans un système. Ces deux techniques fournissent des informations similaires et complémentaires. Toutefois, cela ne signifie pas que caractéristiques vibratoires sont tant Raman et infrarouge « actif », autrement dit, ils apparaissent lorsque sondé. Pour les molécules, une vibration est Raman active lorsqu’elle entraîne une modification de polarisabilité, tandis que pour la spectroscopie IR une vibration est visible lorsqu’il entraîne une modification de moment dipolaire. Cela signifie que, pour la spectroscopie Raman, aucun moment dipolaire permanent n’est nécessaire. Pour les molécules avec un centre de symétrie, les deux méthodes spectroscopiques sont mutuellement exclusifs. Liaisons polaires donnent généralement un faible signal Raman, tandis que les obligations neutres sont généralement Raman-intense car elles impliquent un grand changement dans la polarisabilité lors de vibrations. Enfin, deux inconvénients de spectroscopie infrarouge sont que l’eau ne peut pas être utilisé comme solvant et préparation de l’échantillon est plus complexe. Cependant, un spectroscope Raman est plus cher.

Le photon émis après diffusion a une fréquence plus faible ou plus élevée que le photon incident, qui s’appelle Stokes et anti-Stokes diffusion, respectivement. Le Stokes et anti-Stokes lignes ont le même déplacement en énergie, mais leur ampleur varie en fonction de la température du substrat par exemple. Pour les molécules, les photons interagissent avec les liens et les vibrations dans une molécule qui sont sensibles à la longueur d’onde du laser utilisé. Cela provoque la molécule d’être quittée dans un état d’énergie virtuelle pendant une courte période, après quoi il inélastiquement émet un photon. Dans le cas de matériaux à l’état solide, que le photon entrant crée et paire électron-trou, qui peuvent disperser avec un phonon dans le réseau cristallin. Un phonon est une quasi-particule, qui décrit un mouvement collectif de vibration quantique dans un réseau cristallin des atomes ou des molécules dans la matière condensée. Après cet événement de diffusion l’électron-trou paires se désintègre et émet un photon de fréquence décalée.

Le spectre de ces photons dispersés est le spectre Raman, qui montre l’intensité des photons dispersés par rapport à la différence de fréquence (mesurée en nombres d’ondes avec unités cm^-1) pour les photons incidents. Pics apparaissent uniquement dans le spectre Raman si les modes de vibration dans le système sont sensibles à la longueur d’onde du laser utilisé, et leur intensité et leur emplacement peuvent varier entre les longueurs d’onde du laser. En général, les pics tombent dans une fourchette de 500 à 2 000 cm^-1, et des pics d’ordre supérieurs se trouvent autour de multiples de l’onde du pic Raman de premier ordre. L’intensité des pics dépend de nombreux facteurs, y compris le pouvoir du laser, mise au point, temps d’acquisition et la probabilité de la diffusion de se produire. Ainsi, intensités entre les spectres ne peuvent pas être comparées directement et doivent toujours être converties en ratio de l’intensité. La pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) d’un pic peut être directement comparée entre les différentes mesures.

Procedure

Allumer l’appareil requis, puis sélectionnez l’optique correcte pour la longueur d’onde utilisée. Laissez le laser chauffer pour obtenir une émission stable au fil du temps.
Effectuer l’étalonnage requis du spectroscope Raman. Cela dépend de l’instrument, mais ici un échantillon de référence TR interne est utilisé pour calibrer le décalage Raman à la position connue du pic Si Raman cristalline. Si est souvent utilisé car il donne un fort pic pointu à une position connue qui est insensible à la longueur d’onde du laser. Tout d’abord, le spectre Raman de l’échantillon de référence est obtenu en utilisant un temps et énergie d’exposition appropriée. Le nombre d’onde du spectre obtenu est comparé aux valeurs de la littérature (dans le cas Si un fort pic à 520.7±0.5 cm^-1doit être respectée). Dans le cas d’une incompatibilité, la position du CCD en ce qui concerne le monochromateur (souvent un grillage) doit être changé. La plupart des outils disponibles dans le commerce de Raman incluent des routines de calibrage pour y parvenir.
Placer l’échantillon sous le microscope et la mise au point sur la couche qui doit être l’objet d’une enquête. En général, une enceinte close-able sombre est utilisée pour éliminer les reflets. Assurez-vous que le chemin d’accès du laser n’est pas obstrué par absorption de la lumière ou couches actives Raman afin d’obtenir un spectre propre. Dans la littérature les spectres Raman se trouvent de nombreux matériaux, qui peuvent servir à déterminer quels matériaux susceptibles d’influer sur l’expérience. Si inconnus pics apparaissent à côté des pics connus proviennent de l’échantillon, ils peuvent soit par des rayons cosmiques (qui sont généralement seulement quelques nombres d’onde larges et très intenses) ou autres couches interférer avec la mesure. Si la couche est mince par rapport à la longueur de l’atténuation du laser dans le matériau, il est probable que le substrat sous va également être sondé.
Sélectionnez la plage de nombres qui doivent être analysés par le monochromateur. C’est hautement échantillons dépendants. Généralement dans la littérature les régions apparaissent au cours de laquelle les pics Raman intéressées se trouvent. Pour complètement inconnu des échantillons un éventail (p. ex., analyse de test 100 – 2 000 cm^-1) peut être effectuée. Scans étendus consommera plus de temps, cependant. Sélectionnez une intensité laser qui produit signal suffisant, mais qui n’endommage pas le réseau cristallin du matériau sous enquête (par exemple, si on étudie Si amorphe un laser de forte intensité peut se cristalliser l’échantillon). Cela peut être vérifié par imagerie à la même place deux fois, si les dégâts de modifications du spectre seraient intervenues. Si le signal est trop faible, le temps d’exposition peut être augmenté.
Acquérir le spectre de l’échantillon. Cela est généralement effectué automatiquement par l’instrument tout en le monochromateur de numérisation et lecture de la sortie de la CCD. Aucun fond analyses doivent être effectuées si l’échantillon est dans une enceinte complètement sombre, sinon lumière parasite va influencer la mesure.
Enquêter sur les données à l’aide d’un logiciel approprié et en utilisant la littérature. Ceci peut inclure l’élimination des rayons cosmiques, qui apparaissent comme des lignes très nettes et intenses dans le spectre et peut généralement être complètement enlevée… Interférences avec le substrat ou les contaminants peuvent se traduire par une ligne de base, qui peut être enlevé en ajustant une courbe appropriée (p. ex., ligne linéaire ou spline) vers les régions du spectre qui sont censés être plat (c’est-à-dire qui ne contiennent pas des pics de Raman provenant de l’échantillon). Pour certains matériaux le Raman différent pics peuvent apparaître ainsi à proximité de l’autre la déconvolution de pointe pourrait être nécessaire, pour cette vérification de la documentation sur le matériel.

La spectroscopie Raman exploite la dispersion de la lumière pour recueillir de l’information moléculaire unique pour le matériel incriminé.

Lorsque la lumière frappe une molécule, la plupart de l’énergie n’est pas absorbé, mais se disperse à la même énergie que la lumière incidente. Cependant, une petite fraction du rayonnement diffusé apparaît aux énergies différant du rayonnement incident.

Ces changements d’énergie correspondent à des États de vibration des molécules et peuvent être utilisés pour identifier, quantifier et d’examiner la composition moléculaire de l’échantillon à analyser.

Cette vidéo va introduire la théorie derrière cette technique, démontrer une procédure pour effectuer la même chose dans le laboratoire et présenter quelques-unes des façons dont cette méthode est appliquée dans les industries aujourd’hui.

L’interaction des rayonnements avec un échantillon peut être considérée comme les collisions entre les molécules et les photons.

Un photon entrant excite la molécule à un état excité virtuel éphémère d’où il sera rapidement se désintègrent vers son état fondamental et émettre un photon épars. Lorsqu’il n’y a aucun échange d’énergie qui se déroulent, un photon diffusé a la même longueur d’onde, comme le photon incident, et c’est ce qu’on appelle diffusion Rayleigh élastique.

Raman scattering représente molécules subissant une excitation vibrationnelle ou détente à la suite d’inélastique interaction avec les photons. Si la molécule passe d’un état fondamental à un état excité virtuel et gouttes à un état de vibration énergétique plus élevé, puis il a gagné l’énergie du photon. Il est également appelé Stokes diffusion.

Si une molécule dans une énergie vibratoire plus élevé, les gains en énergie et les gouttes vers le bas à un bas niveau fondamental, la molécule a perdu l’énergie du photon, donnant lieu à la diffusion anti-Stokes. À température ambiante, le nombre de molécules dans l’état fondamental est plus élevé que ceux dans une énergie plus élevée d’État Stokes causant diffusion d’être plus intense et plus souvent examinée, qu’anti-Stokes diffusion.

Vibrations moléculaires et les rotations découlant de ces interactions avec les photons incidents sont symétriques et asymétriques qui s’étend, risque de coupure, bascule, qui remue et torsion.

Ces vibrations moléculaires sont utilisées non seulement dans la spectroscopie Raman, mais aussi sur le côté avec d’autres techniques, comme la spectroscopie infrarouge. Une vibration Raman « actifs », soit détectable par spectroscopie Raman, lorsqu’elle entraîne une modification de la polarisabilité, ou le taux de distorsion, de ses nuages d’électrons. Une vibration est activé par infrarouge lorsqu’elle induit un changement dans son moment dipolaire.

Par exemple, étirements symétriques, comme l’expansion du gaz carbonique, causent des électrons à s’éloigner des noyaux et deviennent facilement polarisables mais ne changent pas de moment dipolaire. Un étirement asymétrique, entraîne en revanche, changement de moment dipolaire, mais aucun changement de polarisabilité. Pour ces raisons, la spectroscopie infrarouge et Raman sont traités comme des méthodes complémentaires d’analyse chimique.

La spectroscopie Raman est réalisée par brille un laser monochromatique intense sur un échantillon. Rayonnement émis par l’échantillon est recueilli, et la longueur d’onde du laser est filtré. Lumière diffusée est envoyée dans un monochromateur à un détecteur CCD. En micro-spectroscopie Raman, le laser passe à travers un microscope avant d’atteindre l’échantillon, ce qui permet une résolution spatiale à l’échelle du micron.

Le spectre Raman d’un échantillon est un complot de l’intensité du rayonnement diffusé en fonction du déplacement en nombres d’ondes de celle du rayonnement incident. Intensités et formes de pointe peuvent indiquer la structure moléculaire, symétrie, qualité de cristal et concentration de matière.

Maintenant que vous comprenez la théorie derrière cette méthode, nous allons explorer un protocole pour effectuer microspectroscopie Raman sur un échantillon.

Pour commencer la procédure, allumer l’appareil requis, puis sélectionnez l’optique correcte pour la longueur d’onde utilisée. Donner le laser 15 min pour se réchauffer avant de commencer l’expérience. En attendant, mettez l’ordinateur sous tension et charger le logiciel de l’instrument.

Choisir la bonne longueur d’onde du laser utilisé. Effectuer l’étalonnage requis du spectroscope Raman. Cela peut être fait à l’aide d’une plaquette de silicium placée sur la platine du microscope, mais ici un échantillon de référence interne de silicium est utilisé. Le spectre Raman est obtenu en utilisant un temps et énergie d’exposition appropriée. Le silicium devrait donner une forte crête à environ 520 nombres d’ondes.

Une fois calibré, placer l’échantillon sous le microscope et la mise au point sur la couche d’intérêt. Un boîtier noir est utilisé pour éliminer les reflets. Assurez-vous que le chemin d’accès du laser n’est pas obstrué par absorption de la lumière ou de couches de Raman-active afin d’obtenir un spectre propre.

Sélectionnez la plage de nombres d’onde qui doit être scanné par le monochromateur. Sélectionnez une intensité laser qui produit le signal suffisant, mais n’endommage pas le matériel incriminé. Ceci peut être vérifié par imagerie à la même place deux fois. Si le spectre change, dommage est survenu.

Si l’échantillon est dans une enceinte complètement sombre, une analyse en arrière-plan n’est pas nécessaire. Acquérir le spectre de l’échantillon.

Enquêter sur les données à l’aide de logiciels appropriés et en comparant avec la littérature disponible. Les rayons cosmiques apparaissent comme des pics et intenses qui doivent être supprimés. Brouillage laser avec certains substrats ou les contaminants peut entraîner un niveau de référence, qui est supprimée en ajustant une courbe appropriée aux régions du spectre qui ne sont pas censés contenir des pics Raman provenant de l’échantillon. Pour certains matériaux, le Raman différent pics chevauchement à un degré que déconvolution de pointe peut être nécessaire.

Après que ces étapes sont a concouru, spectres résultants représentera les données qualitatives et quantitatives sur les espèces présentes dans l’échantillon.

Ici, nous allons examiner le spectre Raman des nanotubes de carbone, qui sont très petites, creux simple ou multicouche rouleaux de feuilles de graphène. Le spectre Raman de nanotubes de carbone multi à l’aide d’un laser à 514 nm est montré ici.

Parce que les nanotubes de carbone sont représentées par les réseaux cristallins, leurs vibrations sont représentées par vibration collective « modes ». Le sommet du G-mode à nombres d’ondes 1 582 est lié à la liaison de carbone hybride sp² qui peut être trouvée dans n’importe quel matériel graphitique. Il y a aussi un éminent D pic 1 350 nombres d’onde représente diffusion, causée par un trouble dans le réseau cristallin. Le rapport de l’intensité des modes G et D quantifie la qualité structurelle des nanotubes de.

Évolution des lasers et des technologies informatiques ont fait de la spectroscopie de Raman autrefois fastidieuse une des techniques plus largement utilisées pour l’analyse chimique.

Piles à combustible d’oxyde solide, ou SOFC, ont le potentiel pour devenir une source importante d’énergie faibles émissions dans les décennies à venir. Ces cellules fonctionnent par électrochimiquement convertissant l’énergie du carburant et un oxydant, oxydes solides dans ce cas, à l’électricité. Il y a toujours quelque peu difficile de caractériser le mécanisme électrochimique de la pile à combustible matériaux in situ. Cependant, spectroscopie Raman est maintenant plus en plus utilisée pour mapper les mécanismes de réaction chimique complexe à l’anode.

Objets d’art sont examinés par des méthodes spectroscopiques pour révéler leur âge, la composition et d’optimiser les conditions de conservation. Le caractère non destructif de microspectroscopie Raman rend bien adapté à cet effet. Par la mise au point d’un laser sur l’échantillon de l’art et le traçage de l’intensité de la lumière diffusée inélastiquement, spectres de pigments des artistes, médias de liaison ou vernis peuvent être obtenues. Spectroscopie Raman est même utilisée pour identifier des falsifications des œuvres d’art.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à la spectroscopie Raman pour l’analyse chimique. Vous devez maintenant comprendre les principes qui sous-tendent l’effet Raman et comment elle s’applique à la spectroscopie Raman, comment effectuer votre propre analyse Raman dans le laboratoire et quelques-unes des façons passionnantes dans laquelle elle est appliquée dans les industries aujourd’hui.

Merci de regarder !

Results

Le spectre Raman de nanotubes de carbone multi à l’aide d’un laser à 514 nm est illustré à la Figure 1. La ligne de base linéaire a été supprimé et les données a été normalisées à la fonctionnalité plus intense autour de 1 582 cm^-1.

Plusieurs sommets peuvent être observés, qui proviennent des différentes caractéristiques cristallines de l’échantillon. Le D-pic à 1 350 cm^-1 est originaire de forme double résonance élastique phonon dispersion avec un défaut dans le réseau cristallin. Le G-crête (1 582 cm^-1) est lié à la liaison C-C de sp² hybridé et se trouvent dans n’importe quel matériel graphitique. Ce pic de fort a fait une épaule du côté droit du spectre, qui est le D’ environ 1 620 cm^-1de la pointe. Ce pic est à nouveau défaut lié.

À nombres d’ondes plus élevées plusieurs autres sommets peuvent être observés. Le G’ (ou 2D) PIC vers 2 700 cm^-1 est l’harmonique de la bande D et est due à deux processus de diffusion des phonons d’inélastiques. Pour cette raison, il n’a pas défauts et se trouvent dans les échantillons cristallins hautes. Le même est vrai pour la 2D’ bande environ 3 240 cm^-1, qui est l’harmonique de la D’ band. Enfin, le D + G autour de 2 930 cm^-1 est la combinaison harmonique du groupe D et G.

Figure 1. Spectre Raman des nanotubes multi-murés de carbone. Le spectre a été obtenu à l’aide d’un laser à 514 nm, la ligne de base linéaire a été supprimé par un montage dans les zones plates du spectre et le spectre est normalisé au G-pic.

Applications and Summary

La spectroscopie Raman peut être appliquée dans un large éventail de domaines, allant de la (bio) chimie, de physique du solide. En chimie, spectroscopie Raman permet de cerner l’évolution des liaisons chimiques et d’identifier des molécules spécifiques (organiques ou inorganiques) en utilisant leurs empreintes digitales Raman. Cela peut être fait en soit, à l’état solide ou liquide phase gazeuse du matériau. Il a été, par exemple, utilisée en médecine pour enquêter sur les composants actifs de la drogue, et les analyseurs de gaz de Raman sont utilisés pour la surveillance en temps réel des gaz respiratoires pendant la chirurgie.

En physique du solide Raman spectroscopie est utilisée pour caractériser les matériaux et déterminer leur orientation cristalline, la composition, tension, température et cristallinité. Il a été utilisé pour identifier des compositions minérales et peut être utilisé dans les analyses de preuves médico-légales trace. Il est également possible d’observer des plasmons, et autres excitations de basse fréquence de l’état solide à l’aide de la spectroscopie Raman. Précisément pour les matériaux graphitiques, il a été utilisée pour étudier la cristallinité, le diamètre des nanotubes simples ou à double paroi et leur chiralité. Pour le graphène, il peut être également utilisé pour identifier le nombre de couches de graphène.

Un gros avantage de la spectroscopie Raman par rapport aux autres méthodes spectroscopiques, c’est qu’il nécessite généralement aucune préparation de l’échantillon si vous pouvez vous concentrer sur l’échantillon au microscope, permet d’analyser des échantillons de taille µm, ne nécessite aucun contact et est non destructif.

Transcript

Raman spectroscopy exploits the scattering of light to gather molecular information unique to the material under investigation.

When light strikes a molecule, most of the energy is not absorbed, but scatters at the same energy as the incident light. However, a small fraction of scattered radiation appears at energies differing from the incident radiation.

These shifts in energy correspond to vibrational states of molecules and can be used to identify, quantify, and examine the molecular composition of the sample under analysis.

This video will introduce the theory behind this technique, demonstrate a procedure to perform the same in the laboratory, and present some of the ways in which this method is being applied in industries today.

The interaction of radiation with a sample can be thought of as collisions between photons and molecules.

An incoming photon excites the molecule to a short-lived virtual excited state from which it will quickly decay back to its ground state and emit a scattered photon. When there is no exchange in energy taking place, a scattered photon has the same wavelength as the incident photon, and this is called elastic Rayleigh scattering.

Raman scattering represents molecules undergoing vibrational excitation or relaxation as a result of inelastic interaction with photons. If the molecule is raised from a ground state to a virtual excited state and drops back to a higher energy vibrational state, then it has gained energy from the photon. This is also called Stokes scattering.

If a molecule in a higher vibrational energy, gains energy and drops back down to a lower ground state, then the molecule has lost energy to the photon, giving rise to anti-Stokes scattering. At room temperature, the number of molecules in the ground state is higher than those in a higher energy state causing Stokes scattering to be more intense and more commonly examined, than anti-Stokes scattering.

Molecular vibrations and rotations arising from these interactions with incident photons include symmetrical and asymmetrical stretching, scissoring, rocking, wagging, and twisting.

These molecular vibrations are used not only in Raman spectroscopy, but also along side it with other techniques, like infrared spectroscopy. A vibration is “Raman-active”, or detectable by Raman spectroscopy, when it causes a change in the polarizability, or the amount of distortion, of its electron cloud. A vibration is infrared-active when it induces a change in its dipole moment.

For example, symmetrical stretches, like expansion in carbon dioxide, cause electrons to move away from nuclei and become easily polarizable but do not change the dipole moment. An asymmetric stretch, on the other hand, results in change in dipole moment, but no change in polarizability. For these reasons, Raman and infrared spectroscopy are treated as complementary methods of chemical analysis.

Raman spectroscopy is performed by shining an intense monochromatic laser on a sample. Radiation emitted from the sample is collected, and the laser wavelength is filtered out. Scattered light is sent through a monochromator to a CCD detector. In Raman micro-spectroscopy, the laser passes through a microscope before reaching the sample, allowing spatial resolution at the micron level.

The Raman spectrum of a sample is a plot of intensity of scattered radiation as a function of shift in wavenumbers from that of incident radiation. Peak shapes and intensities can indicate molecular structure, symmetry, crystal quality, and concentration of material.

Now that you understand the theory behind this method, let’s explore a protocol to perform Raman microspectroscopy on a sample.

To begin the procedure, turn on the required laser and select the correct optics for the wavelength used. Give the laser 15 min to warm up before beginning the experiment. In the meantime, turn on the computer and load the instrument software.

Choose the correct wavelength for the laser used. Perform the required calibration of the Raman spectroscope. This can be done using a silicon wafer placed on the microscope stage, but here an internal silicon reference sample is used. The Raman spectrum is obtained using an appropriate exposure energy and time. The silicon should give a strong peak at around 520 wavenumbers.

Once calibrated, place the sample underneath the microscope and focus on the layer of interest. A dark enclosure is used to remove stray light. Make sure the path of the laser is not obstructed by light absorbing or Raman-active layers so as to obtain a clean spectrum.

Select the range of wavenumbers that should be scanned by the monochromator. Select a laser intensity that produces sufficient signal, but doesn’t damage the material under investigation. This can be checked by imaging the same spot twice. If the spectrum changes, damage may have occurred.

If the sample is in a completely dark enclosure, a background scan is not needed. Acquire the spectrum of the sample.

Investigate the data using appropriate software and by comparing with available literature. Cosmic rays appear as sharp and intense peaks that must be removed. Laser interference with certain substrates or contaminants can result in a baseline, which is removed by fitting an appropriate curve to the regions of the spectrum that are not expected to contain Raman peaks originating from the sample. For some materials, the different Raman peaks overlap to a degree that peak deconvolution might be necessary.

After these steps are competed, resulting spectra will represent qualitative and quantitative data on species present in the sample.

Here, we’ll examine the Raman spectrum of carbon nanotubes, which are very small, hollow single or multi-layered rolls of graphene sheets. The Raman spectrum taken from multi-walled carbon nanotubes using a 514 nm laser is shown here.

Because carbon nanotubes are represented by crystal lattices, their vibrations are represented by collective vibration “modes”. The G-mode peak at 1,582 wavenumbers is related to the sp2 hybridized carbon-carbon bond that can be found in any graphitic material. There is also a prominent D peak 1,350 wavenumbers represents scattering, caused by a disorder in the crystal lattice. The ratio of the intensity of the G and D modes quantifies the structural quality of the nanotube.

Developments in lasers and computer technologies have made the once tedious Raman spectroscopy one of the most widely used techniques for chemical analysis.

Solid Oxide fuel cells, or SOFCs, have the potential to become a major source of low emissions energy in the coming decades. These cells work by electrochemically converting the energy of a fuel and an oxidant, in this case solid oxides, to electricity. There is still some difficulty in characterizing the electrochemical mechanism of the fuel cell materials in situ. However, Raman Spectroscopy is now increasingly being used to map intricate chemical reaction mechanisms at the anode.

Art objects are spectroscopically examined to reveal their age, composition, and to optimize conditions for conservation. The non-destructive nature of Raman microspectroscopy makes it well suited for this purpose. By focusing a laser on the art sample and plotting the intensity of inelastically scattered light, spectra of artists’ pigments, binding media, or varnishes can be obtained. Raman spectroscopy is even used to identify falsification of art works.

You’ve just watched JoVE’s introduction to Raman Spectroscopy for Chemical Analysis. You should now understand the principles behind the Raman effect and how it applies to Raman spectroscopy, how to perform your own Raman analysis in the lab, and some of the exciting ways in which it is being applied in industries today.

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