DEVELOPMENT RAMAN SPECTROSCOPY USING A 532 NANOMETRE LIGHT SOURCE FOR TRANSMISSION AND BACKSCATTERING

Abstract

This research concerns the development and design of a Raman spectroscopy system. Raman spectroscopy is a spectroscopy that examines the chemical makeup of substances using the Raman scattering phenomenon, an inelastic light-scattering property of molecules. The wavelength of Raman scattering is different from the wavelength of incident light. The vibrational energy and changing wavelengths of intramolecular bonds are connected. The structure of the Raman spectroscopy system was comprised of a laser or single-frequency light source that stimulates the sample to produce Raman scattering. A cut-off filter is needed to obstruct the wavelength of the light source since the light at Raman scattering is so minute (about 1/107 of the total scattered light). However, a significant drawback of Raman spectroscopy is the fluorescence noise of the sample, which masks the Raman spectrum substance, leading to the poor Raman signal quality received by choosing the proper wavelength and measurement method, and such issues can be fixed. Backscattering Raman spectroscopy is one of the measurement methods used in Raman spectroscopy. It is a method for gathering data on the Raman signal reflected off the surface of the sample and the transmission of Raman spectroscopy. The excitation light is used inside a sample in this method, and signal data is gathered on the other side of the light source. Backscattering Raman spectroscopy provides high Raman intensity for solid and homogeneous samples. Transmission Raman spectroscopy, on the other hand, produces low luminescence noise, which is suitable for inhomogeneous and non-uniform samples. In this study, the researchers created and devised a Raman spectroscopy system that combined the structural elements of two measuring techniques to enable the measurement of both in a single system. According to the test results, the system can accurately deliver Raman spectra of samples for both qualitative and quantitative analyses.

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาเกี่ยวกับการพัฒนาและออกแบบระบบรามานสเปกโตรสโคปี รามานสเปกโตรสโคปีเป็นสเปกโตรสโคปีรูปแบบหนึ่งที่วิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของสารจากปรากฏการณ์การกระเจิงแสงแบบไม่ยืดหยุ่นของโมเลกุล เรียกว่า การกระเจิงรามาน การกระเจิงรามานจะมีความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปจากความยาวคลื่นแสงที่ตกกระทบ โดยความยาวคลื่นที่เปลี่ยนไปสัมพันธ์กับพลังงานการสั่นของพันธะภายในโมเลกุล จากคุณสมบัติดังกล่าว ทำให้การกระเจิงรามานสามารถให้ข้อมูลองค์ประกอบทางเคมีของสารในตัวอย่างได้ โครงสร้างของระบบรามานสเปกโตรสโคปีประกอบด้วย แหล่งกำเนิดแสงความถี่เดียวหรือเลเซอร์ สำหรับกระตุ้นตัวอย่างสารให้เกิดการกระเจิงรามาน เนื่องจากแสงที่การกระเจิงรามานมีค่าที่น้อยมาก (ประมาณ 1 ใน 107 ของแสงกระเจิงทั้งหมด) จึงต้องมีฟิลเตอร์ตัดแสงเพื่อทำการตัดความยาวคลื่นแหล่งกำเนิดแสงออกไป อย่างไรก็ดี ปัญหาสำคัญของรามานสเปกโตรสโคปี นั่นคือ สัญญาณรบกวนจากการเรืองแสงของตัวอย่างซึ่งจะบดบังสัญญาณรามานสเปกตรัมของสาร ทำให้คุณภาพของสัญญาณรามานที่ได้มีความไม่ชัดเจน ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขด้วยการเลือกใช้ความยาวคลื่นที่เหมาะสมและเทคนิคที่ใช้วัดตัวอย่าง เทคนิคที่ใช้วัดในระบบรามานสเปกโตรสโคปี ได้แก่ เทคนิครามานสเปกโตรสโคปีแบบกระเจิงกลับ เป็นเทคนิคที่รวบรวมข้อมูลสัญญาณรามานที่สะท้อนจากพื้นผิวตัวอย่าง และเทคนิครามานสเปกโตรสโคปีแบบส่งผ่าน เป็นเทคนิคที่ใช้แสงกระตุ้นภายในตัวอย่างสารและรวบรวมข้อมูลสัญญาณที่ด้านตรงข้ามแหล่งกำเนิดแสง เทคนิครามานสเปกโตรสโคปีแบบกระเจิงกลับจะให้ความเข้มสัญญาณรามานที่สูงสำหรับตัวอย่างที่เป็นของแข็งและมีความสม่ำเสมอเป็นเนื้อเดียวกัน ส่วนเทคนิครามานสเปกโตรสโคปีแบบส่งผ่านจะเกิดสัญญาณรบกวนจากการเรืองแสงที่ต่ำเหมาะสำหรับตัวอย่างที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันและไม่มีความสม่ำเสมอ ในงานวิจัยนี้ ผู้วิจัยได้พัฒนาและออกแบบระบบรามานสเปกโตรสโคปีที่รวมเอาโครงสร้างของทั้งสองเทคนิคการวัดเข้าไว้ด้วยกันเพื่อให้สามารถวัดทั้งสองเทคนิคได้ในระบบเดียว และเลือกใช้แหล่งกำเนิดแสงความยาวคลื่น 532 นาโนเมตร ตัวอย่างที่ใช้ทดสอบระบบ ได้แก่ ยาพาราเซตามอลและสารละลายอะซิโตน ผลการทดสอบพบว่า ระบบสามารถให้ข้อมูลรามานสเปกตรัมของตัวอย่างได้ถูกต้องทั้งการวัดเชิงคุณภาพและการวัดเชิงปริมาณ