Hva er overflateforbedret Raman -spredning?

Overflateforbedret Raman -spredning er fenomen der de normalt svake lyssignalene som er assosiert med Raman -spredning blir mye kraftigere og lettere detekterbare. Mens Raman -spektroskopi er et nyttig middel for å identifisere molekyler som er til stede i et materiale eller en løsning, er det begrenset av det faktum at effekten er veldig svak, med normalt bare en av hver 10 ^{8 innkommende fotoner underlagt denne typen spredning. Overflateforbedret Raman -spredning resulterer i at denne effekten blir sterkt forsterket, typisk med en faktor 10 3 til 10 6 , og under noen omstendigheter opp til 10 15 . Forbedringen oppnås når molekylene som er undersøkt er i kontakt med, eller i nærheten av, en metalloverflate som har ruhet på skalaen på 10-100 nanometer (nm). Sølv, gull og kobber gir best resultat, og brukes vanligvis i form av nanopartikler.}

Det antas at effekten produseres når plasmoner opprettes ved metalloverflaten av laserlyset som brukes for å oppnå overflateforbedret Raman -spredning. Plasmer er elektromagnetiske bølger som beveger seg et lite stykke over overflaten av metallet når metallets elektronsky stimuleres av lys. Små uregelmessigheter på nanopartiklenees overflater ser ut til å konsentrere effekten, noe som økes ytterligere når nanopartiklene er anordnet i klynger. Det elektromagnetiske feltet som genereres ser ut til å forårsake molekyler i umiddelbar nærhet for å demonstrere mye mer intens Raman -spredning enn normalt ville være tilfelle. Det antas også at kjemi kan spille en rolle i noen tilfeller, men det pågår forskning mot en full forklaring.

Denne effekten har ført til utvikling av overflateforbedret Raman -spektroskopi (SERS), en teknikk som har utvidet omfanget av Raman -spektroskopi i stor grad, noe som tillater deteksjon av ekstremt liten AMOunter av forskjellige stoffer uten behov for dyre instrumenter. For å maksimere den overflateforbedrede Raman -spredningseffekten, blir materialet som er undersøkt avsatt på passende metallnanopartikler, ofte i en kolloid. Som med tradisjonell Raman -spektroskopi, brukes en monokromatisk laser for å produsere den nødvendige spredningen. Før det spredte lyset blir analysert, blir det mer intense signalet på grunn av Rayleigh -spredning filtrert ut for å forhindre at det overvelder Raman -signalene.

Den sterkt forbedrede følsomheten til overflateforbedret Raman -spredning gjør at teknikken kan brukes til å oppdage mange kjemiske forbindelser i spormengder. Det har derfor applikasjoner innen rettsvitenskap, miljøovervåking og medisin. Metallnanopartikler kan introduseres i levende celler, noe som gjør det mulig å bruke SERS for å undersøke cellulær biokjemisk aktivitet.