اصول طیف سنجی جرمی و طیف سنجی رامان؛ دانشجویان شیمی بخوانند

اصول طیف سنجی جرمی، جلوتر از هر یک از تکنیک های دستگاهی دیگر، بنا نهاده شده است. تاریخ پایه گذاری اصول اساسی آن به سال 1898 بر می‌گردد. در سال 1911، “تامسون” برای تشریح وجود نئون-22 در نمونه‌ای از نئون-20 از طیف جرمی استفاده نمود و ثابت کرد که عناصر می‌توانند ایزوتوپ داشته باشند.

طيف‌سنجي رامان براي شناسايي ساختار مولکولي بسيار مناسب است. با اين روش تعيين فرکانس‌هاي چرخشي و ارتعاشي مولکول، ارزيابي هندسي و حتي تقارن مولکول‌ها امکان پذير است.

در برخي موارد که امکان تعيين ساختار مولکولي وجود ندارد، مي‌توان با تکيه بر فرکانس‌هاي ثبت شده‌، قرار گرفتن اتم‌ها در يک مولکول را بررسي کرد.

فهرست مطالبی که در این قسمت می خوانید به صورت زیر است:

• تاريخچه طيف سنج جرمي
• اصول طيف سنجي جرمي
• دستگاه طيف سنج جرمي
• پتانسيل يونيزاسيون
• تجزيه گر جرمي
• تجزيه گر جرمي و قدرت تفكيك
• آشكار كننده در طیف سنجی جرمی
• ثبت کننده نتایج آشكار كننده طیف سنجی جرمی
• آشنایی با طيف‌سنجي جرمي(MS) – Mass Spectrometry
• فرآيند دستگاه طیف سنجی جرمی
• روش کروماتوگرافی – طیف سنجی جرمی / GC- MS
• کاربردهای کروماتوگرافی – طیف سنجی جرمی
• طیف سنجی رامان (RAMAN)
• کاربردهای طيف‌سنجي رامان
• سایر کاربردهای مهم طيف‌سنجي رامان

 

 

تاريخچه طيف سنج جرمي

اصول طيف سنجي جرمي، جلوتر از هر يك از تكنيك هاي دستگاهي ديگر بنا نهاده شده است. تاريخ پايه گذاري اصول اساسي آن به سال 1898 بر مي‌گردد.

در سال 1911، “تامسون” براي تشريح وجود نئون-22 در نمونه‌اي از نئون-20 از طيف جرمي استفاده نمود و ثابت كرد كه عناصر مي‌توانند ايزوتوپ داشته باشند. تا جايي كه مي‌دانيم، قديمي ترين طيف سنج جرمي در سال 1918 ساخته شد.

اما روش طيف سنجي جرمي تا همين اواخر كه دستگاههاي دقيق ارزاني در دسترس قرار گرفتند، هنوز مورد استفاده چنداني نداشت. اين تكنيك با پيدايش دستگاه هاي تجاري كه به سادگي تعمير و نگهداري مي‌شوند.

با توجه به مناسب بودن قيمت آنها براي بيشتر آزمايشگاه هاي صنعتي و آموزشي و نيز بالا بودن قدرت تجزيه و تفكيك، در مطالعه تعيين ساختمان تركيبات از اهميت بسياري برخوردار گشته است.

 

اصول طيف سنجي جرمي

به بيان ساده، طيف سنج جرمي سه عمل اساسي را انجام مي‌دهد:

مولكول ها توسط جراياناتي از الكترون هاي پرانرژي، بمباران شده و بعضي از مولكولها به يونهاي مربوطه تبديل مي‌گردند. سپس يونها در يك ميدان الكتريكي شتاب داده مي‌شوند.

يونهاي شتاب داده شده بسته به نسبت جرم به بار آنها در يك ميدان مغناطيسي يا الكتريكي جدا مي‌گردند.

يون هاي داراي نسبت جرم به بار مشخص و معين توسط بخشي از دستگاه كه در اثر برخورد يونها به آن، قادر به شمارش آنها است، آشكار مي‌گردند.

نتايج داده شده خروجي توسط آشكار كننده، بزرگ و تقویت شده و به ثبت کننده داده مي‌شوند. علامت يا نقشي كه از ثبات حاصل مي‌گردد يك طيف جرمي است، نموداري از تعداد ذرات آشكار شده بر حسب تابعي از نسبت جرم به بار.

 

دستگاه طيف سنج جرمي

هنگامي كه هر يك از عمليات را بدقت مورد بررسي قرار دهيم، خواهيم ديد كه طيف سنج جرمي واقعا پيچيده‌تر از آن چيزي است كه در بالا شرح داده شد.

1-سيستم ورودي نمونه

قبل از تشكيل يونها بايد راهي پيدا كرد تا بتوان جرياني از مولكولها را به محفظه يونيزاسيون كه عمل يونيزه شدن در آن انجام مي‌گيرد، روانه ساخت. يك سيستم ورودي نمونه براي ايجاد چنين جرياني از مولكولها به كار برده مي‌شود.

نمونه‌هايي كه با طيف سنجي جرمي مورد مطالعه قرار مي‌گيرند، مي‌توانند به حالت گاز، مايع يا جامد باشند. در اين روش بايد از وسايلي استفاده كرد تا مقدار كافي از نمونه را به حالت بخار در آورده، سپس جرياني از مولكولها روانه محفظه يونيزاسيون شوند.

در مورد گازها، ماده، خود به حالت بخار وجود دارد. بنابراین، از سيستم ورودي ساده‌اي مي‌توان استفاده كرد. اين سيستم تحت خلاء بوده، بطوري كه محفظه يونيزاسيون در فشاري پايينتر از سيستم ورودي نمونه قرار دارد.

 

2-روزنه مولكولي

نمونه به انبار بزرگتري رفته كه از آنجا، مولكولهاي بخار به محفظه يونيزاسيون مي‌روند. براي اطمينان از اينكه جريان يكنواختي از مولكولها به محفظه يونيزاسيون وارد مي‌شود، قبل از ورود، بخار از ميان سوراخ كوچكي كه “روزنه مولكولي” خوانده مي‌شود، عبور مي‌كند.

همين سيستم براي مايعات و جامدات فرار نيز به كار برده مي‌شود. براي مواد با فراريت كم، مي‌توان سيستم را به گونه‌اي طراحي كرد كه در يك اجاق يا تنور قرار گيرد تا در اثر گرم كردن نمونه، فشار بخار بيشتري حاصل گردد. بايد مراقب بود كه حرارت زياد باعث تخريب ماده نگردد.

در مورد مواد جامد نسبتا غير فرار، روش مستقيمي را مي‌توان به كار برد. نمونه در نوك ميله‌اي قرار داده مي‌شود و سپس از يك شير خلاء، وارد محفظه يونيزاسيون مي‌گردد.

نمونه در فاصله بسيار نزديكي از پرتو يونيزه كننده الكترونها قرار مي‌گيرد. سپس آن ميله، گرم شده و توليد بخاري از نمونه را كرده تا در مجاورت پرتو الكترونها بيرون رانده شوند.

چنين سيستمي را مي‌توان براي مطالعه نمونه‌اي از مولكولهايي كه فشار بخار آنها در درجه حرارت اتاق كمتر از 9 – 10 ميليمتر جيوه است، به كار برد.

 

3-محفظه يونيزاسيون

هنگامي كه جريان مولكولهاي نمونه وارد محفظه يونيزاسيون شد، توسط پرتوي از الكترونهاي پرانرژي بمباران مي‌شود. در اين فرآيند، مولكولها به يونهاي مربوطه تبديل گشته و سپس در يك ميدان الكتريكي شتاب داده مي‌شوند.

در محفظه يونيزاسيون، پرتو الكترونهاي پرانرژي از يك “سيم باريك” گرم شده ساطع مي‌شوند. اين سيم باريك تا چند هزار درجه سلسيوس گرم مي‌شود. به هنگام كار در شرايطي معمولي، الكترونها داراي انرژي معادل 70 ميكرون – ولت هستند.

اين الكترونهاي پرانرژي با مولكولهايي كه از سيستم نمونه وارد شده‌اند، برخورد كرده و با برداشتن الكترون از آن مولكولها، آنها را يونيزه كرده و به يونهاي مثبت تبديل مي‌كنند.

يك “صفحه دافع” كه پتانسيل الكتريكي مثبتي دارد، يونهاي جديد را به طرف دسته‌اي از “صفحات شتاب دهنده” هدايت مي‌كند.

اختلاف پتانسيل زيادي (حدود 1 تا 10 كيلو ولت) از اين صفحات شتاب دهنده عبور داده مي‌شود كه اين عمل، پرتويی از يونهاي مثبت سريع را توليد مي‌كند. اين يونها توسط يك يا چند “شكاف متمركز كننده” به طرف يك پرتو يكنواخت هدايت مي‌شوند.

بسياري از مولكولهاي نمونه به هيچ وجه يونيزه نمي‌شوند. اين مولكولها به طور مداوم توسط مكنده‌ها يا پمپهاي خلا كه به محفظه يونيزاسيون متصل نيستند، خارج مي‌گردند.

بعضي از اين مولكولها از طريق جذب الكترون به يونهاي منفي تبديل مي‌شوند. اين يونهاي منفي توسط صفحه دافع جذب مي‌گردند.

ممكن است كه بخش كوچكي از يونهاي تشكيل شده بيش از يك بار داشته باشند، (از دست دادن بيش از يك الكترون) اينها مانند يونهاي مثبت تك ظرفيتي، شتاب داده مي‌شوند.

 

پتانسيل يونيزاسيون

انرژي لازم براي برداشتن يك الكترون از يك اتم يا مولكول، پتانسيل يونيزاسيون آن است. بسياري از تركيبات آلي داراي پتانسيل يونيزاسيوني بين 8 تا 15 الكترون ولت هستند.

اما اگر پرتو الكترون هايي كه به مولكولها برخورد مي‌كند، پتانسيلي معادل 50 تا 70 الكترون ولت نداشته باشد، قادر به ايجاد يونهاي زيادي نخواهد بود. براي ايجاد يك طيف جرمي، الكترونهايي با اين ميزان انرژي براي يونيزه كردن نمونه بكار برده مي‌شوند.

 

تجزيه گر جرمي

پس از گذر كردن از محفظه يونيزاسيون، پرتو يونها از درون يك ناحيه كوتاه فاقد ميدان عبور مي‌كند. سپس آن پرتو، وارد “تجزيه گر جرمي” شده كه در آنجا، يونها بر حسب نسبت جرم به بار آنها، جدا مي‌شوند. انرژي جنبشي يك يون شتاب داده شده برابر است با:

12mv²=ev

كه m جرم يون ، v سرعت يون ، e بار يون و V اختلاف پتانسيل صفحات شتاب دهنده يون است.

در حضور يك ميدان مغناطيسي، يك ذره باردار مسير منحني شكلي را خواهد داشت. اگر اين دو معادله را براي حذف عبارت سرعت تركيب كنيم، خواهيم داشت:

m=H²r² / 2v

اين معادله مهمي است كه رفتار و عمل يك يون را در بخش تجزيه‌گر جرمي يك طيف سنج جرمي توجيه مي‌كند.

 

تجزيه گر جرمی و قدرت تفكيك

از معادله فوق چنين بر مي‌آيد كه هر قدر ، مقدار m/e بزرگتر باشد، شعاع انحناي مسير نيز بزرگتر خواهد بود. لوله تجزيه‌گر دستگاه طوري ساخته شده است كه داراي شعاع انحناي ثابتي است.

ذره‌اي كه نسبت m/e صحيحي داشته باشد، قادر خواهد بود تا طول لوله تجزيه‌گر منحني شكل را طي كرده، به آشكار كننده برسند. مسلما اگر دستگاه، يونهايي را كه جرم بخصوصي دارند، نشان دهد. اين روش چندان جالب نخواهد بود.

بنابراين به طور مداوم، ولتاژ شتاب دهنده يا قدرت ميدان مغناطيسي تغيير يافته تا بتوان كليه يونهايي كه در محفظه يونيزاسيون توليد گشته ‌اند را آشكار سازد.

اثري كه از آشكار كننده حاصل مي‌گردد، به صورت طرحي است كه تعداد يونها را بر حسب مقدار m/e آنها رسم مي‌كند. فاكتور مهمي كه بايد در يك طيف سنج جرمي در نظر گرفتن قدرت تفكيك آن است.

دستگاه هايي كه قدرت تفكيك ضعيفي دارند، مقدار R آنها حداكثر 2000 در بعضي مواقع قدرت تفكيكي به ميزان پنج تا ده برابر مقدار فوق مورد نياز است.

 

آشكار كننده در طیف سنجی جرمی

آشكار كننده بسياري از دستگاه ها، شامل يك شمارشگر است كه جريان توليدي آن متناسب با تعداد يونهايي است كه به آن برخورد مي‌كند. با استفاده از مدارهاي الكترون افزاينده مي‌توان آن قدر دقيق اين جريان را اندازه گرفت كه جريان حاصل از برخورد فقط يك يون به آشكار كننده اندازه ‌گيري شود.

 

ثبت کننده نتایج آشكار كننده طیف سنجی جرمی

سيگنال توليد شده از آشكار كننده به يك ثبات در طیف سنجی جرمی داده مي‌شود كه اين ثبات خود طيف جرمي را ايجاد مي‌نمايد. در دستگاههاي جديد، خروجي آشكار كننده از طريق يك سطح مشترك به رايانه متصل است.

رايانه قادر به ذخيره اطلاعات بوده و خروجي را به هر دو صورت جدولي و گرافيكي در مي‌آورد. در آخر، داده‌ها با طيف هاي استاندارد ذخيره شده موجود در رايانه مقايسه مي‌گردد.

در دستگاه های قديمي تر طیف سنجی جرمی، جريان الكتروني حاصل از آشكار كننده به يك سري از پنج گالوانومتر با حساسيت هاي متفاوت داده مي‌شود.

پرتوی نوري كه به آينه‌هاي متصل به گالوانومترها برخورد مي‌كند و به يك صفحه حساس به نور منعكس مي‌گردد. بدين طريق يك طيف جرمي با پنج نقش به طور همزمان، هر يك با حساسيتي متفاوت ايجاد مي‌گردد.

 

آشنایی با اصول طيف‌سنجي جرمي (MS– Mass Spectrometry)

طیف سنجی جرمی، دستگاهي است كه مولكول‌هاي گازي باردار را بر اساس جرم آنها دسته‌بندي مي‌كند. دستگاه طیف سنجی جرمی ، مولكول‌ها و يون‌هاي گازي باردار را بر حسب جرم آنها در ميدان آهنربايي از يكديگر جدا و اندازه‌گيري مي‌كند.

طيف جرمي حاصل جهت تعيين وزن مولکولي دقيق،‌ شناسايي اجسام و تعيين درصد ايزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد. مهمترين مزيت اين طيف سنجي نسبت به ساير روش‌ها از قبيل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپي رامان و TGA اين است كه براي تعيين ترکيبات به طور مستقيم از روش‌هاي فوق نمي‌توان استفاده کرد. اما از روش MS مي‌توان استفاده نمود.

 

فرآيند دستگاه طیف سنجی جرمی

در داخل دستگاه طیف سنجی جرمی، خلأ به ميزان mmHg 10-5- 10-6 برقرار است. مقدار کمي از نمونه (حدود 1µ) توسط يک لوله از دريچة کوچکي وارد منبع يونش مي‌شود. نمونه در اثر گرما و خلاء موجود به صورت گاز درآمده و با جرياني از الکترون‌هاي پرانرژي (حدود 70-ev50) به طرف آند مقابل شتاب گرفته و جذب آن مي‌شود.

در نتيجه بمباران الکتروني، جزئي از مولکول‌هاي نمونه (حدود 0/1 درصد) يونيزه مي‌شود. در اولين مرحله مطابق واکنش زير يک الکترون از M خارج شده و يک کاتيون يک ظرفيتي مي‌دهد که وزن آن برابر وزن مولکول جسم است.

در اثر افزايش انرژي الکترون‌هايي که به نمونه برخورد مي‌کنند، يون +M به کاتيون‌هاي يک ظرفيتي کوچک‌تري شکسته مي‌شود.

يون‌هاي مثبت حاصل از طريق شتاب‌دهنده و نيروي دافعه قطب مثبت آن و همچنين به دليل تفاوت در فشار موجود بين محل ورود نمونه و فضاي سمت راست دستگاه، به سمت روزنه کوچکي هدايت شده و پس از گذشتن از آن جريان يون‌ها از بين دو قطب يک آهنرباي قوي که جهت ميدان آن عمود بر مسير يون‌ها است عبور مي‌کند، کاتيون‌هاي موجود به نسبت جرم بر بار (m/e) منحرف شده و از يکديگر جدا مي‌شوند.

ذرات جدا شده پس از برخورد با يک صفحة عکاسي به صورت خطوطي ظاهر مي‌شوند. دستگاه طيف‌سنج جرمي، مولکول‌ها و يون‌هاي گازي باردار را بر حسب جرم آنها در ميدان آهنربايي از يکديگر جدا و اندازه‌گيري مي‌کند.

طيف جرمي حاصل جهت تعيين وزن مولکولي دقيق،‌ شناسايي اجسام و تعيين درصد ايزوتوپ‌ها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 

روش کروماتوگرافی – طیف سنجی جرمی / GC- MS

روش ديگر براي وارد ساختن نمونه به دستگاه طيف‌سنج جرمي، استفاده از کروماتوگراف گازي است. در دستگاه GC-MS اجزاي يک مخلوط به ترتيب توسط يک ستون کروماتوگرافي از هم جدا مي‌شوند و پس از حذف گاز حاصل، وارد منبع يونش طیف سنجی جرمی مي‌گردند.

 

کاربردهای کروماتوگرافی – طیف سنجی جرمی

اطلاعاتی که می توان از طیف سنج جرمی بدست آورد شامل موارد ذیل است:

شناسائی ترکیبات خالص آلی، تعیین وزن مولکولی و فرمول تجربی ترکیب، حضور یا عدم حضور گروه های عاملی در ترکیبات آلی، پایداری انواع مختلف یونها.

همچنین براي آناليز ترکيب و پايداري در فاز محلول می توان از MS استفاده کرد. به عنوان مثال براي تعيين ساختار ترکيبات شاخه‌اي نانومقياس با ابعاد  nm 1/5 مي‌توان از روش طيف‌سنج جرمي با تکنيک يونش الکترواسپري (ESI) استفاده کرد.

همچنين از روش طیف سنجی به طور وسيعي در تجزيه ترکيبات آلي، بيولوژيک،‌ پليمري حاوی نانو ذرات طلا، فلورين‌ها و ترکيبات شاخه‌ائي مورد استفاده قرار مي‌گيرد و مي‌توان ساختار ترکيبات بيولوژيک در محلول را بررسي كرد.

مهمترين مزیت اين طیف سنجی به نسبت به ساير روش‌ها از قبيل TEM، XRD، UV-Vis، IR، اسپکتروسکپي رامان و TGA اين است كه براي تعيين ترکيبات به طور مستقيم از روش‌هاي فوق نمي‌توان استفاده کرد. اما از روش MS مي‌توان استفاده نمود.

 

 

اصول طیف سنجی  رامان (RAMAN)

طيف‌سنجي رامان براي شناسايي ساختار مولکولي بسيار مناسب است. با اين روش تعيين فرکانس‌هاي چرخشي و ارتعاشي مولکول، ارزيابي هندسي و حتي تقارن مولکول‌ها امکان پذير است.

در برخي موارد که امکان تعيين ساختار مولکولي وجود ندارد، مي‌توان با تکيه بر فرکانس‌هاي ثبت شده‌، قرار گرفتن اتم‌ها در يک مولکول را بررسي کرد.

اطلاعاتي که توسط طيف سنجي مادون قرمز و رامان به دست مي‌آيد، بسيار مشابه هستند. به تازگي ساختار پيچيده مولکول‌هاي زيستي با طيف سنجي رامان تعيين شده است. طيف رامان اطلاعات با ارزشي را نيز در زمينه فيزيک حالت جامد ارائه مي‌کند.

برهم‌کنش نور با ماده در ناحيه زير قرمز مي‌تواند به دو صورت جذب و پراکندگي انجام گيرد. اين دو پديده اساس شناسايي و اندازه‌گيري ترکيبات به دو روش طيف‌ نورسنجي جذبي زيرقرمز و پراکندگي رامان را تشکيل مي‌دهند.

پديده پراکندگي رامان، داراي علامت ضعيفي است. به همين دليل تا سال 1982 اين پديده شناخته نشده بود. البته بايد خاطر نشان نمود که چندين سال قبل از کشف پديده رامان، پراکندگي نور به وسيله جامدات، مايعات و گازهاي شفاف مورد بررسي قرار گرفته بود.

چند ماه پس از کشف رامان، فيزيکدانان روسي به طور مستقل در زمينه وجود اين اثر در بلورها به نتايج جالبي دست يافتند و اين پديده را به جاي اثر رامان،‌ پراکندگي مرکب ناميدند.

در ساليان اخير پيشرفت تکنيک ‌هاي ليزري موجب بررسي بيشتر در مورد اثر رامان و کشف تعدادي از پديده‌هاي مرتبط به آن شده است.

با توجه به توانايي‌هاي ليزر از جمله قابليت تشديد، تمرکز و اهميت اين خواص در رابطه با پديده رامان، ليزر به عنوان منبع مناسبي براي اصول طيف‌سنجي رامان به شمار مي‌رود.

 

در اين روش عموماً از ليزرهاي آرگون و کريپتون استفاده مي‌شود. (چون موج پيوسته بالايي دارند). البته اغلب ليزرهاي رنگينه‌اي قابل تنظيم در پراکندگي رامان به کار برده مي‌شوند.

نور تکفام ليزر He-Ne بسته به شرايط ميل نمونه و هدف آزمايش به وسيله عدسي L متمرکز و يا باز مي‌شود. نمونه در یک سل قرار دارد که بايد از شفافيت مناسبي برخوردار باشد.

تابش پس از عبور از نمونه به آيينه مقعر M برخورد و پرتوهايي که پراکندگي نيافته‌اند دوباره به سوي نمونه باز مي‌گردند. بدين ترتيب ميان گذري نوري افزايش مي‌يابد.

پرتوهاي پراکنده شده در جهت‌هاي مختلف توسط يک عدسي همگرا که در يک طرف سل نمونه تعبيه گرديده، جمع‌آوري مي‌شود. از سوي ديگر يک آيينه مقعر براي افزايش پرتوهاي پراکنده شده در سمت مقابل دستگاه قرار دارد. قطبش پرتو خروجي از عدسي توسط قطبش سنج (P) مورد بررسي قرار مي‌گيرد.

در صورتي که اين اندازه‌گيري صورت نپذيرد، پرتو مستقيما وارد تکفام ساز پيمايشي مي‌شود و سپس به يک آشکار ساز (PM) هدايت مي‌گردد. از آنجا که پراکندگي رامان شدت ضعيفي دارد لذا از يک تقويت کننده الکتريکي (A) استفاده مي‌شود.

نهايتاً به کمک ثبات (CR) تغييرات شدت بر حسب فرکانس ثبت مي‌گردد. البته براي کنترل کل سيستم، از يک دستگاه هماهنگ کننده (D) نيز استفاده مي شود.

 

کاربردهای طيف‌سنجي رامان

اصول طيف‌سنجي رامان براي شناسايي ساختار مولکولي بسيار مناسب است با اين روش تعيين فرکانس‌هاي چرخشي و ارتعاشي مولکول، ارزيابي هندسي و حتي تقارن مولکول‌ها امکان پذير است.

در برخي موارد که امکان تعيين ساختار مولکولي وجود ندارد، مي‌توان با تکيه بر فرکانس‌هاي ثبت شده‌، قرار گرفتن اتم‌ها در يک مولکول را بررسي کرد.

اطلاعاتي که توسط طيف سنجی مادون قرمز و رامان به دست مي‌آيد، بسيار مشابه هستند. به تازگي ساختار پيچيده مولکول‌هاي زيستي با طيف سنجی رامان تعيين شده است.

طيف رامان اطلاعات با ارزشي را نيز در زمينه فيزيک حالت جامد ارائه مي‌کند. چون طيف سنجی رامان را مي‌توان به راحتي براي مطالعة اجزاء و گروه‌هاي شيميائي در محيط آب به کاربرده استفاده از اين تکنيک در مطالعه موجودات زنده از اهميت خاصي برخوردار است.

 

سایر کاربردهای مهم طيف‌سنجي رامان

1-  شناسائی و جداسازی برخی از ترکیبات آلی و معدنی

2- تعیین ساختار شیمیائی ترکیبات

3- تعیین شرایط مرزی برای میدان الکتریکی در نزدیکی سطح

4-با استفاده از طیف سنج رامان برای آنالیز ذرات نانومقیاس برخی از ملکولهای آلی و نانو کریستال های DNA  و نانو لوله های کربن می توان استفاده نمود.

5- برای تعیین قطر کربن و کایرالیته کربن (کربن کایرال، کربنی است که چهار گروه اتم متصل به آن متفاوت باشد) و تعیین قطر نانو ذرات معدنی  می توان از طيف‌سنجي رامان استفاده نمود.