Che cos'è la dispersione di Raman potenziata in superficie?

La dispersione di Raman potenziata in superficie è il fenomeno in base al quale i segnali di luce normalmente deboli che sono associati alla dispersione di Raman diventano molto più potenti e più facilmente rilevabili. Mentre la spettroscopia Raman è un mezzo utile per identificare le molecole presenti in un materiale o una soluzione, è limitato dal fatto che l'effetto è molto debole, con normalmente solo uno su 10 8 fotoni in arrivo soggetti a questo tipo di dispersione. Lo scattering di Raman migliorato in termini di superficie si traduce in questo effetto che viene notevolmente amplificato, in genere di un fattore di 10 3 a 10 6 , e in alcune circostanze fino a 10 15 . Il miglioramento si ottiene quando le molecole sotto inchiesta sono in contatto con o in prossimità di una superficie metallica che ha una rugosità sulla scala di 10-100 nanometri (NM). Argento, oro e rame danno i migliori risultati e di solito sono impiegati sotto forma di nanoparticelle.

Si pensa che l'effetto venga prodotto quando i plasmoni vengono creati sulla superficie metallica dalla luce laser utilizzata per ottenere la dispersione di Raman potenziata 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 è aumentato ulteriormente quando le nanoparticelle sono disposte in cluster. Il campo elettromagnetico generato sembra quindi causare molecole nelle immediate vicinanze per dimostrare una dispersione di Raman molto più intensa di quanto sarebbe normalmente il caso. Si pensa anche che la chimica possa svolgere un ruolo in alcuni casi, ma è in corso ricerche verso una spiegazione completa.

Questo effetto ha portato allo sviluppo della spettroscopia Raman potenziata in superficie (SERS), una tecnica che ha esteso notevolmente l'ambito della spettroscopia Raman, consentendo il rilevamento di AM estremamente piccoliOnti di varie sostanze senza la necessità di strumenti costosi. Per massimizzare l'effetto di scattering Raman potenziato in superficie, il materiale sotto inchiesta viene depositato su nanoparticelle di metallo adatte, spesso in un colloide. Come per la tradizionale spettroscopia Raman, un laser monocromatico viene utilizzato per produrre lo scattering richiesto. Prima che venga analizzata la luce sparsa, il segnale più intenso dovuto alla dispersione di Rayleigh viene filtrato per impedire che travolge i segnali Raman.

La sensibilità notevolmente migliorata dello scattering Raman potenziato dalla superficie consente di utilizzare la tecnica per rilevare numerosi composti chimici in quantità di traccia. Ha quindi applicazioni in scienze forensi, monitoraggio ambientale e medicina. Le nanoparticelle metalliche possono essere introdotte nelle cellule viventi, consentendo di usare SERS per studiare l'attività biochimica cellulare.