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Raman (ラマン分光分析)

Analytical Resolution versus Detection Limit

FTIR と Raman 分光分析は不明な有機材料の特定に適した手法である。

定量分析 検出感度 化学結合状態 破壊測定 空間分解能/ビーム径 深さ分解能
可能 >1wt% (Raman) 可能 非破壊 >1μm(Raman) 1-5μm(Raman)

振動スペクトル法

振動スペクトル法
■ FTIR
  • 広周波数赤外光
  • 赤外光の吸収を測定
  • 吸収スペクトルはIR活性の振動に依存
■ Raman
  • 単色化された可視光レーザー (e.g., HeNe or Ar+)
  • ラマン発光(分子振動が励起されて生じる発光)を測定
  • ラマンスペクトルはラマン活性の振動に依存

応用例

■ FTIR と Raman
  • 有機物系粒子、パウダー、膜、液体の同定
  • 材料の同定
  • 不純物分析 (抽出物, 脱ガスした製品(物質), 残留物)
■ Raman
  • 同一核種からなる結合構造の解析 (例えば、炭素からなるグラファイト、ダイヤモンド、DLCの区別)
  • 結晶相とアモルファス相の区別と決定
  • 原子格子応力やひずみ

ラマン分光分析

■ 測定の対象となる試料
  • 粉体, 固体材料
  • 単結晶
  • 表面
  • 液体や溶液 (含水材料や有機溶剤)
■ 一般的な試料形態
  • 粒子又は欠陥サイズ ---- >1 µm (例外: 多大なラマン散乱を生じる材料)
  • 膜厚 ---- >0.8 µm
  • 基板材料からの信号が測定したい材料の妨害となり得るので注意が必要。
  • ・純金属は問題なし
  • ・Si やガラスも問題ない
  • ・炭素リッチ材料が基板(基材)にある場合、強い炭素強度が妨害となる。

Raman 典型的なデータ

ラマンは炭素同素体の異なった結晶構造を区別し、特定できる。

グラフ

典型的なデータ・FTIRとRamanの補完的な関係

グラフ

特長と制約

■ 特長
  • 有機物官能基や特定有機化合物の特定が可能
  • 化合物同定のためのスペクトルのライブラリーが豊富
  • 大気環境で測定可能 (真空環境は必要ではない; 揮発性化合物には適している。)
  • ・高真空環境から高圧環境まであらゆる環境で測定が可能(装置に依存)
  • ・低温~常温~高温までの広い領域で測定可能(装置に依存)
  • 通常、非破壊
  • 最小分析領域: ~1 μm
■ 制約
  • 表面敏感性は低い (通常のサンプリング深さ: ~0.8 μm)
  • 最小分析領域: IRの場合: ~1 μm
  • 混合物質(ブレンドポリマーなど)は測定が複雑で、解析が困難
  • 通常は定量情報ではなく、定性測定 (定量にはスタンダードが必要)
  • レーザー光源による材料からの蛍光が問題となり、スペクトルが検出できない場合あり。

用途の広い測定手法であり、幅広い材料の解析に応用できる。
有機物化合物の同定には最適な手法である。

応用例1)Raman・有機物粉体(粒子)

図

応用例2)Raman・格子ひずみの測定

SiGe上に堆積されたSiエピ膜では引き伸ばしひずみが観測される。
このひずみは、基板のSiとGeの格子不整合により生じている。

図
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