Co to jest rozpraszanie Ramana wzmocnione na powierzchni?

Rozproszenie Ramana wzmocnione powierzchnią jest zjawiskiem, w którym normalnie słabe sygnały światła związane z rozpraszaniem Ramana stają się znacznie mocniejsze i łatwiej wykrywalne.Podczas gdy spektroskopia ramanowska jest przydatnym sposobem identyfikacji cząsteczek obecnych w materiale lub roztworze, jest ograniczona faktem, że efekt jest bardzo słaby, z zwykle tylko jeden na 10 ⁸ przychodzących fotonów podlegających tego rodzaju rozproszenia.Zwiększone powierzchniowe rozpraszanie Ramana powoduje, że ten efekt jest znacznie wzmocniony, zwykle o współczynnik od 10 ³ do 10 ⁶ , aw niektórych okolicznościach do 10 ¹⁵ .Ulepszenie osiąga się, gdy badane cząsteczki są w kontakcie lub w pobliżu powierzchni metalu o chropowatości w skali 10-100 nanometrów (NM).Srebro, złoto i miedź dają najlepsze wyniki i zwykle są stosowane w postaci nanocząstek.

Uważa się, że efekt powstaje, gdy plazmony są tworzone na powierzchni metalowej przez światło laserowe stosowane do osiągnięcia rozrzucania Ramana wzmocnionego powierzchnią.Plazmony to fale elektromagnetyczne, które przemieszczają się w niewielkiej odległości przez powierzchnię metalu, gdy chmura elektronów metalu jest stymulowana przez światło.Wydaje się, że niewielkie nieprawidłowości na powierzchniach nanocząstek koncentrują się na efekcie, który jest jeszcze bardziej zwiększony, gdy nanocząstki są ułożone w klastrach.Wydaje się, że wytworzone pole elektromagnetyczne powoduje, że cząsteczki w bezpośrednim sąsiedztwie wykazują znacznie intensywniejsze rozpraszanie Ramana niż zwykle.Uważa się również, że chemia może odgrywać rolę w niektórych przypadkach, ale trwają badania nad pełnym wyjaśnieniem.

Efekt ten doprowadził do opracowania zwiększonej powierzchni spektroskopii ramanowskiej (SERS), techniki, która znacznie rozszerzyła zakres zakresu rozszerzenia zakresuSpektroskopia ramanowska, umożliwiająca wykrywanie wyjątkowo niewielkich ilości różnych substancji bez potrzeby drogich instrumentów.Aby zmaksymalizować efekt rozpraszania Ramana zwiększonego powierzchni, badany materiał jest osadzany na odpowiednich nanocząstkach metalowych, często na kolocie.Podobnie jak w przypadku tradycyjnej spektroskopii ramanowskiej, do wytworzenia wymaganego rozpraszania używany jest monochromatyczny laser.Przed analizą rozproszonego światła bardziej intensywny sygnał z powodu rozpraszania Rayleigha jest filtrowany, aby zapobiec przytłoczeniu sygnałów Ramana.

Bardzo poprawa czułość wzmocnionego powierzchni rozpraszania ramanów pozwala zastosować technikę do wykrywania licznych związków chemicznych wśladowe ilości.Ma zatem zastosowania w naukach kryminalistycznych, monitorowaniu środowiska i medycynie.Nanocząstki metali można wprowadzić do żywych komórek, co umożliwia użycie SER do badania aktywności biochemicznej komórkowej.