Che cos'è lo scattering Raman con Surface Enhanced?
Lo scattering Raman potenziato in superficie è un fenomeno in base al quale i segnali di luce normalmente deboli associati allo scattering Raman diventano molto più potenti e più facilmente rilevabili. Mentre la spettroscopia Raman è un utile mezzo per identificare le molecole presenti in un materiale o in una soluzione, è limitata dal fatto che l'effetto è molto debole, con normalmente solo uno su 10 8 fotoni in arrivo soggetti a questo tipo di scattering. Lo scattering Raman potenziato in superficie comporta un notevole amplificazione di questo effetto, in genere con un fattore compreso tra 10 3 e 10 6 e in alcune circostanze fino a 10 15 . Il miglioramento si ottiene quando le molecole sotto esame sono in contatto o in prossimità di una superficie metallica che presenta rugosità sulla scala di 10-100 nanometri (nm). Argento, oro e rame danno i migliori risultati e sono generalmente impiegati sotto forma di nanoparticelle.
Si pensa che l'effetto sia prodotto quando i plasmoni vengono creati sulla superficie del metallo dalla luce laser utilizzata per ottenere lo scattering Raman migliorato in superficie. I plasmoni sono onde elettromagnetiche che viaggiano a breve distanza attraverso la superficie del metallo quando la nuvola di elettroni del metallo è stimolata dalla luce. Piccole irregolarità sulle superfici delle nanoparticelle sembrano concentrare l'effetto, che aumenta ulteriormente quando le nanoparticelle sono disposte in gruppi. Il campo elettromagnetico generato sembra quindi causare molecole nelle immediate vicinanze per dimostrare una dispersione Raman molto più intensa di quanto non sarebbe normalmente. Si ritiene inoltre che la chimica possa svolgere un ruolo in alcuni casi, ma sono in corso ricerche per una spiegazione completa.
Questo effetto ha portato allo sviluppo della spettroscopia Raman con superficie migliorata (SERS), una tecnica che ha notevolmente ampliato la portata della spettroscopia Raman, consentendo il rilevamento di quantità estremamente piccole di varie sostanze senza la necessità di strumenti costosi. Per massimizzare l'effetto di scattering Raman migliorato in superficie, il materiale in esame viene depositato su opportune nanoparticelle metalliche, spesso in un colloide. Come nella spettroscopia Raman tradizionale, un laser monocromatico viene utilizzato per produrre lo scattering richiesto. Prima di analizzare la luce diffusa, il segnale più intenso dovuto alla dispersione di Rayleigh viene filtrato per evitare che travolga i segnali Raman.
La sensibilità notevolmente migliorata dello scattering Raman con superficie migliorata consente di utilizzare la tecnica per rilevare numerosi composti chimici in tracce. Ha quindi applicazioni in scienze forensi, monitoraggio ambientale e medicina. Le nanoparticelle metalliche possono essere introdotte nelle cellule viventi, rendendo possibile l'uso di SERS per studiare l'attività biochimica cellulare.