Wat is het oppervlakverbeterde Raman -verstrooiing?
Oppervlakverbeterde Raman -verstrooiing is fenomeen waarbij de normaal vage lichtsignalen die worden geassocieerd met Raman -verstrooiing veel krachtiger en gemakkelijker detecteerbaar worden. Hoewel Raman -spectroscopie een nuttig middel is om moleculen in een materiaal of oplossing te identificeren, wordt het beperkt door het feit dat het effect erg zwak is, met normaal gesproken slechts één op de 10 8 inkomende fotonen die onder dit soort verstrooiing zijn onderworpen. Oppervlakverbeterde Raman -verstrooiing resulteert in dit effect dat sterk wordt versterkt, meestal met een factor 10 3 tot 10 6 , en in sommige omstandigheden tot 10 15 . De verbetering wordt bereikt wanneer de onderzochte moleculen in contact zijn met of in de nabijheid van een metaaloppervlak dat ruwheid heeft op de schaal van 10-100 nanometer (NM). Zilver, goud en koper geven de beste resultaten en worden meestal gebruikt in de vorm van nanodeeltjes.
Er wordt gedacht dat het effect wordt geproduceerd wanneer plasmonen worden gecreëerd aan het metaaloppervlak door het laserlicht dat wordt gebruikt om oppervlakte -verbeterde Raman -verstrooiing te bereiken. Plasmonen zijn elektromagnetische golven die een korte afstand over het oppervlak van het metaal reizen wanneer de elektronwolk van het metaal wordt gestimuleerd door licht. Kleine onregelmatigheden op de oppervlakken van de nanodeeltjes lijken het effect te concentreren, dat nog verder wordt verhoogd wanneer de nanodeeltjes in clusters zijn gerangschikt. Het gegenereerde elektromagnetische veld lijkt vervolgens moleculen in de onmiddellijke omgeving te veroorzaken om veel intensere Raman -verstrooiing aan te tonen dan normaal het geval zou zijn. Er wordt ook gedacht dat chemie in sommige gevallen een rol zou kunnen spelen, maar onderzoek naar een volledige uitleg is aan de gang.
Dit effect heeft geleid tot de ontwikkeling van oppervlakte -verbeterde Raman -spectroscopie (SERS), een techniek die de reikwijdte van Raman -spectroscopie sterk heeft uitgebreid, waardoor een extreem kleine AM detectie mogelijk isOounts van verschillende stoffen zonder dat dure instrumenten nodig zijn. Om het oppervlakverbeterde Raman -verstrooiingseffect te maximaliseren, wordt het onderzochte materiaal afgezet op geschikte metalen nanodeeltjes, vaak in een colloïde. Net als bij traditionele Raman -spectroscopie wordt een monochromatische laser gebruikt om de vereiste verstrooiing te produceren. Voordat het verspreide licht wordt geanalyseerd, wordt het intensere signaal als gevolg van Rayleigh -verstrooiing uitgefilterd om te voorkomen dat het de Raman -signalen overweldigt.
De sterk verbeterde gevoeligheid van oppervlakteverbeterde Raman -verstrooiing maakt het mogelijk de techniek te gebruiken om talloze chemische verbindingen in sporenhoeveelheden te detecteren. Het heeft daarom toepassingen in forensische wetenschap, milieumonitoring en geneeskunde. Metalen nanodeeltjes kunnen worden geïntroduceerd in levende cellen, waardoor het mogelijk is om SERS te gebruiken om cellulaire biochemische activiteit te onderzoeken.