Τι είναι η επιφάνεια ενισχυμένη διασπορά Raman;

Η επιφάνεια που ενισχύεται η σκέδαση Raman είναι το φαινόμενο με το οποίο τα κανονικά αχνά σήματα φωτός που σχετίζονται με τη σκέδαση Raman γίνονται πολύ πιο ισχυρά και πιο εύκολα ανιχνεύσιμα.Ενώ η φασματοσκοπία Raman είναι ένα χρήσιμο μέσο αναγνώρισης μορίων που υπάρχουν σε ένα υλικό ή διάλυμα, περιορίζεται από το γεγονός ότι το αποτέλεσμα είναι πολύ αδύναμο, με κανονικά μόνο ένα στα 10 ⁸ εισερχόμενα φωτόνια που υπόκεινται σε αυτό το είδος σκέδασης.Η επιφάνεια ενισχυμένη σκέδαση Raman έχει ως αποτέλεσμα αυτό το αποτέλεσμα να ενισχύεται σε μεγάλο βαθμό, συνήθως με συντελεστή 10 ³ έως 10 ⁶ , και σε ορισμένες περιπτώσεις μέχρι 10 ¹⁵ .Η ενίσχυση επιτυγχάνεται όταν τα μόρια που βρίσκονται υπό διερεύνηση βρίσκονται σε επαφή με ή σε κοντινή απόσταση από μια μεταλλική επιφάνεια που έχει τραχύτητα στην κλίμακα 10-100 νανόμετρων (NM).Το ασήμι, ο χρυσός και ο χαλκός δίνουν τα καλύτερα αποτελέσματα και συνήθως χρησιμοποιούνται με τη μορφή νανοσωματιδίων.Τα πλασμόνια είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα που ταξιδεύουν σε μικρή απόσταση από την επιφάνεια του μετάλλου όταν το σύννεφο ηλεκτρονίων του μετάλλου διεγείρεται από το φως.Οι μικροσκοπικές ανωμαλίες στις επιφάνειες των νανοσωματιδίων φαίνεται να συγκεντρώνουν το αποτέλεσμα, το οποίο αυξάνεται ακόμη περισσότερο όταν τα νανοσωματίδια είναι διατεταγμένα σε συστάδες.Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται στη συνέχεια φαίνεται να προκαλεί μόρια σε άμεση γειτνίαση για να επιδείξει πολύ πιο έντονη διάσπαση Raman από ό, τι κανονικά θα συνέβαινε.Θεωρείται επίσης ότι η χημεία μπορεί να διαδραματίσει ρόλο σε ορισμένες περιπτώσεις, αλλά η έρευνα προς μια πλήρη εξήγηση συνεχίζεται.

Αυτό το αποτέλεσμα έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη της επιφανειακής φασματοσκοπίας Raman (SERS), μιας τεχνικής που έχει επεκτείνει σημαντικά το πεδίο εφαρμογής τουΦασματοσκοπία Raman, επιτρέποντας την ανίχνευση εξαιρετικά μικρών ποσοτήτων διαφόρων ουσιών χωρίς την ανάγκη για ακριβά όργανα.Για να μεγιστοποιηθεί η επιφάνεια ενισχυμένη επίδραση σκέδασης Raman, το υπό διερεύνηση του υλικού κατατίθεται σε κατάλληλα μεταλλικά νανοσωματίδια, συχνά σε κολλοειδές.Όπως και με την παραδοσιακή φασματοσκοπία Raman, χρησιμοποιείται ένα μονοχρωματικό λέιζερ για την παραγωγή της απαιτούμενης σκέδασης.Πριν αναλυθεί το διάσπαρτο φως, το πιο έντονο σήμα λόγω της σκέδασης του Rayleigh διηθείται για να αποτρέψει την συντριπτική του σήματα Raman.

Η πολύ βελτιωμένη ευαισθησία της επιφανειακής σκέδασης Raman επιτρέπει στην τεχνική να χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση πολυάριθμων χημικών ενώσεων σεποσά ιχνών.Επομένως, έχει εφαρμογές στην εγκληματολογική επιστήμη, την περιβαλλοντική παρακολούθηση και την ιατρική.Τα νανοσωματίδια μετάλλων μπορούν να εισαχθούν σε ζωντανά κύτταρα, καθιστώντας δυνατή τη χρήση του SERS για τη διερεύνηση της κυτταρικής βιοχημικής δραστηριότητας.