Vad är ytförbättrad Raman -spridning?

Ytförbättrad Raman -spridning är fenomen där de normalt svaga ljussignalerna som är förknippade med Raman -spridning blir mycket kraftfullare och lättare detekterbar.Medan Raman -spektroskopi är ett användbart sätt att identifiera molekyler som finns i ett material eller lösning, är det begränsat av det faktum att effekten är mycket svag, med normalt endast en av var 10 ⁸ inkommande fotoner som är föremål för denna typ av spridning.Ytförstärkt Raman -spridning resulterar i att denna effekt förstärks kraftigt, vanligtvis med en faktor 10 ³ till 10 ⁶ , och under vissa omständigheter upp till 10 ¹⁵ .Förbättringen uppnås när molekylerna som undersöks är i kontakt med eller i närheten av en metallyta som har grovhet på skalan 10-100 nanometer (nm).Silver, guld och koppar ger de bästa resultaten och används vanligtvis i form av nanopartiklar.

Det tros att effekten produceras när plasmoner skapas vid metallytan av laserljuset som används för att uppnå ytförstärkt Raman -spridning.Plasmoner är elektromagnetiska vågor som reser ett kort avstånd över metallens yta när metallens elektronmoln stimuleras av ljus.Små oegentligheter på nanopartiklarnas ytor verkar koncentrera effekten, som ökas ytterligare när nanopartiklarna är ordnade i kluster.Det elektromagnetiska fältet som genereras verkar då orsaka molekyler i omedelbar närhet för att visa mycket mer intensiv Raman -spridning än vad som normalt skulle vara fallet.Det tros också att kemi kan spela en roll i vissa fall, men forskning mot en fullständig förklaring pågår.

Denna effekt har lett till utvecklingen av ytförbättrad Raman -spektroskopi (SERS), en teknik som har utvidgat omfattningen av omfattningen avRaman -spektroskopi, vilket möjliggör detektering av extremt små mängder av olika ämnen utan behov av dyra instrument.För att maximera ytförbättrad Raman -spridningseffekt deponeras materialet som undersöks på lämpliga metall -nanopartiklar, ofta i en kolloid.Liksom med traditionell Raman -spektroskopi används en monokromatisk laser för att producera den erforderliga spridningen.Innan det spridda ljuset analyseras filtreras den mer intensiva signalen på grund av Rayleigh -spridning ut för att förhindra att det överväldigar Ramansignalerna.

Den kraftigt förbättrade känsligheten hos ytförstärkt Raman -spridning gör att tekniken kan användas för att detektera många kemiska föreningar i ispårmängder.Det har därför tillämpningar inom kriminalteknisk vetenskap, miljöövervakning och medicin.Metallanopartiklar kan införas i levande celler, vilket gör det möjligt att använda SER för att undersöka cellulär biokemisk aktivitet.