Co je to povrchově zvýšené rozptyl Ramana?

Ramanovy rozptyl vylepšené povrchem je jev, přičemž normálně slabé světelné signály, které jsou spojeny s Ramanovým rozptylem, se stávají mnohem silnějšími a snadněji detekovatelnými. Zatímco Ramanova spektroskopie je užitečným prostředkem k identifikaci molekul přítomných v materiálu nebo roztoku, je omezena skutečností, že účinek je velmi slabý, s obvykle pouze jedním z každých 10 příchozích fotonů podléhajících tomuto druhu rozptylu. Výsledky Ramanového rozptylu vylepšeného povrchu je tento účinek velmi zesílen, obvykle faktorem 10 ³ až 10 ⁶ a za určitých okolností až do 10 ¹⁵ . Vylepšení je dosaženo, když jsou zkoumané molekuly v kontaktu s kovovým povrchem nebo v těsné blízkosti, který má drsnost na stupnici 10-100 nanometrů (NM). Silver, Gold a Copper poskytují nejlepší výsledky a obvykle se používají ve formě nanočástic.

Předpokládá se, že účinek se vytváří, když jsou plazmony vytvářeny na kovovém povrchu laserovým světlem použitým k dosažení povrchového ramanového rozptylu. Plasmony jsou elektromagnetické vlny, které se pohybují na krátké vzdálenosti přes povrch kovu, když je kovový elektronový mrak stimulován světlem. Zdá se, že drobné nepravidelnosti na površích nanočástic soustředí účinek, který se ještě více zvyšuje, když jsou nanočástice uspořádány ve klastrech. Zdá se, že generované elektromagnetické pole způsobuje molekuly v bezprostředním okolí, aby prokázaly mnohem intenzivnější Ramanovy rozptyl, než by to obvykle bylo. Předpokládá se také, že v některých případech by mohla hrát roli chemie, ale probíhá výzkum k úplnému vysvětlení.

Tento efekt vedl k vývoji povrchové vylepšené Ramanovy spektroskopie (SERS), techniky, která výrazně rozšířila rozsah Ramanovy spektroskopie, což umožnilo detekci extrémně malého AMUnty různých látek bez potřeby drahých nástrojů. Aby se maximalizoval povrch zvýšený účinek rozptylu Ramana, je zkoumaný materiál uložen na vhodné kovové nanočástice, často v koloidu. Stejně jako u tradiční Ramanovy spektroskopie se k vytvoření požadovaného rozptylu používá monochromatický laser. Před analýzou rozptýleného světla se intenzivnější signál v důsledku rozptylu Rayleigh odfiltruje, aby se zabránilo jeho ohrožení Ramanových signálů.

Skvěle vylepšená citlivost Ramanova rozptylu vylepšeného povrchu umožňuje použití techniky k detekci četných chemických sloučenin ve stopových množstvích. Má proto aplikace ve forenzní vědě, monitorování životního prostředí a medicíny. Kovové nanočástice mohou být zavedeny do živých buněk, což umožňuje používat SER pro zkoumání buněčné biochemické aktivity.