La espectroscopia de Raman del es una técnica espectroscópica usada en la física condensada de la materia y la química para estudiar modos vibratorios, rotatorios, y otros de baja frecuencia en un sistema. Confía en el inelástico que dispersa, o el Raman que dispersa de la luz monocromática, generalmente de un laser en el visible, el cerca de infrarrojo, o el cerca de la gama ultravioleta de . La luz laser obra recíprocamente con los fonones u otras excitaciones en el sistema, dando por resultado la energía de los fotones del laser que son cambiados de puesto hacia arriba o hacia abajo. El cambio en energía da la información sobre los modos del fonón en el sistema. La espectroscopia infrarroja rinde la información similar, pero complementaria.
Típicamente, una muestra está iluminada con un de rayo láser. La luz del punto iluminado se recoge con una lente y se envía con un monocromador. Las longitudes de onda cerca del laser alinean, debido a la difusión de Rayleigh elástico, se filtran hacia fuera mientras que el resto de la luz recogida se dispersa sobre un detector.
El espontáneo Raman que dispersa es típicamente muy débil, y consecuentemente la dificultad principal de la espectroscopia de Raman está separando la luz inelastically dispersada débil de la luz laser dispersada Rayleigh intensa. Redes difractoras olográfico del uso de los espectrómetros de Raman típicamente y etapas múltiples de la dispersión para alcanzar un alto nivel de rechazamiento del laser. En el pasado, PMTs era los detectores de la opción para las disposiciones dispersivas de Raman, que dieron lugar a tiempos largos de la adquisición. Sin embargo, las aplicaciones recientes de los detectores del CCD han hecho Raman dispersivo la adquisición espectral mucho más rápida.
La espectroscopia de Raman tiene una versión estimulada, análoga a la emisión estimulada, llamada dispersión estimulada de Raman.
Teoría básica
El efecto de Raman ocurre cuando la luz afecta sobre una molécula y obra recíprocamente con la nube de electrón de los enlaces de esa molécula. El fotón del incidente excita uno de los electrones en un estado virtual. Para el efecto de Raman espontáneo, la molécula será emocionada del estado de tierra a un estado de energía virtual, y se relaja en un estado emocionado vibratorio, que genera alimenta la dispersión de Raman. Si la molécula estaba ya en un estado de energía vibratoria elevated, el Raman que la dispersión entonces se llama anti-Alimenta la dispersión de Raman.
Un cambio molecular de la polarizabilidad, o la cantidad de deformación de la nube de electrón, con respecto al coordenada vibratorio se requiere para que la molécula exhiba el efecto de Raman. La cantidad del cambio de la polarizabilidad determinará la intensidad, mientras que el cambio de Raman es igual al nivel vibratorio que está implicado.
Historia
Aunque la dispersión inelástica de la luz fuera predicha por Smekal en 1923, no era hasta 1928 que fue observado en la práctica. El efecto de Raman fue nombrado después de uno de sus descubridores, el sir indio C. Raman del científico que observó el efecto por medio de la luz del sol (1928, junto con K. Krishnan e independiente por el Grigory Landsberg y el Leonid Mandelstam ).La espectroscopia de Raman se puede utilizar para investigar la composición química de documentos históricos tales como el libro de Kells y para contribuir al conocimiento del social y de las situaciones económicas cuando los documentos fueron elaborados. Esto es especialmente provechoso porque la espectroscopia de Raman ofrece una manera no invasor de determinar el mejor curso de la preservación o del tratamiento de la conservación para tales materiales.
Raman microspectroscopy
La espectroscopia de Raman ofrece varias ventajas para el análisis microscópico . Puesto que es una técnica de la dispersión, los especímenes no necesitan ser fijados o ser seccionados. Los espectros de Raman se pueden recoger de un volumen muy pequeño (< 1 µm en diámetro); estos espectros permiten la identificación de la especie presente en ese volumen. El agua no interfiere muy fuerte. Así, la espectroscopia de Raman es conveniente para la examinación microscópica de los materiales de los minerales tales como polímeros y cerámica, las células y las proteínas . Un microscopio de Raman comienza con un microscopio óptico estándar, y agrega un laser de la excitación, un monocromador, y un detector sensible (tal como un tubo del dispositivo (CCD) acoplado de carga eléctrica o del fotomultiplicador (PMT)). El Pie-Raman también se ha utilizado con los microscopios.En la proyección de imagen directa del, el campo visual entero se examina para dispersar sobre una pequeña gama de wavenumbers (cambios de Raman). Por ejemplo, un wavenumber característico para el colesterol se podía utilizar para registrar la distribución del colesterol dentro de un cultivo celular.
El otro acercamiento es la proyección de imagen de Hyperspectral o la proyección de imagen química, en la cual los millares de espectros de Raman se adquieren all over del campo visual. Los datos se pueden entonces utilizar para generar las imágenes que demuestran la localización y la cantidad de diversos componentes. Tomando el ejemplo del cultivo celular, una imagen hyperspectral podía demostrar la distribución del colesterol, así como las proteínas, los ácidos nucléicos, y los ácidos grasos. La señal y las técnicas image-processing sofisticadas se pueden utilizar para no hacer caso de la presencia de agua, de medios de cultivo, de almacenadores intermediarios, y de otros interferents.
La microscopia de Raman, y particularmente la microscopia confocal, tiene resolución espacial muy alta. Por ejemplo, el lateral y las resoluciones de la profundidad eran 250 nanómetro y el µm 1.7, respectivamente, usar un microspectrometer confocal de Raman con la línea de 632.8 nanómetro de un laser Él-Ne con un agujero de alfiler del diámetro de 100 µm.
Desde las lentes objetivas de microscopios enfocar el de rayo láser a varios micrómetros en diámetro, el flujo resultante del fotón es mucho más alto que alcanzado en las disposiciones convencionales de Raman. Esto tiene la ventaja agregada de la fluorescencia realzada que apaga . Sin embargo, el alto flujo del fotón puede también causar la degradación de la muestra, y por esta razón algunas disposiciones requieren un substrato termal que conduce (que actúe como disipador de calor) para atenuar este proceso.
Usando a Raman microspectroscopy, el los espectros time- y espacio-resolved de in vivo de Raman de regiones microscópicas de muestras puede ser medido. Consecuentemente, la fluorescencia del agua, de los medios, y de los almacenadores intermediarios puede ser quitada. Por lo tanto el espectroscopia time- y espacio-resolved de in vivo de Raman es conveniente examinar las proteínas, las células y los órganos .
La microscopia de Raman para los especímenes biológicos y médicos utiliza generalmente los lasers del infrarrojo cercano (NIR) (785 diodos del nanómetro y Nd de 1064 nanómetro: YAG son especialmente comunes). Esto reduce el riesgo de dañar el espécimen aplicando poder más elevado. Sin embargo, la intensidad de NIR Raman es baja (debido a la dependencia de ω-4 de Raman que dispersa intensidad), y la mayoría de los detectores requirieron tiempos muy largos de la colección. Recientemente, detectores más sensibles han estado disponibles, haciendo el mejor de la técnica adecuado al uso general. La microscopia de Raman de especímenes inorgánicos, tales como rocas y cerámica y los polímeros, puede utilizar una gama más amplia de longitudes de onda de la excitación.
Variaciones
Varias variaciones de la espectroscopia de Raman se han desarrollado. El propósito generalmente es realzar la sensibilidad (e., Raman superficie-realzado), mejorar la resolución espacial (microscopia de Raman), o para adquirir la información muy específica (resonancia Raman).la superficie del realzó la espectroscopia (SERS) de Raman - hecha normalmente en un coloide de la plata o del oro o un substrato que contenía la plata o el oro. Los plasmones superficiales de la plata y del oro son excitados fácilmente por el laser, y los campos eléctricos resultantes hacen otras moléculas próximas convertirse en active de Raman. El resultado es amplificación de la señal de Raman (por hasta 1011). Este efecto fue observado original por Fleishman pero la explicación que prevalecía fue propuesta por Van Duyne en 1977.
Raman hiperactivo - un efecto no linear del
l en el cual los modos vibratorios obran recíprocamente con el en segundo lugar armónico de la viga de la excitación. Esto requiere mismo poder más elevado, pero permite la observación de los modos vibratorios que son normalmente " silent". Confía con frecuencia en el SERS-tipo realce para alzar la sensibilidad. ¡
espectroscopia de Raman de la resonancia del del
- la longitud de onda de la excitación se empareja a una transición electrónica de la molécula o del cristal, para realzar los modos vibratorios asociados al estado electrónico emocionado grandemente. Esto es útil para estudiar las moléculas grandes tales como polipéptidos que pudieron demostrar centenares de vendas en " conventional" Espectros de Raman. Es también útil para asociar modos normales a sus cambios de frecuencia observados.
espectroscopia espontánea de Raman del del
- usada para estudiar la dependencia de la temperatura de los espectros de Raman de moléculas.
espectroscopia óptica de Raman de las pinzas del (OTRS) del
- usada para estudiar partículas individuales, e incluso procesos bioquímicos en las células atrapadas por las pinzas ópticas .
espectroscopia estimulada de Raman del
- un pulso bicolor transfiere a población de la tierra a un estado rovibrationally emocionado, si la diferencia en energía corresponde a una transición permitida de Raman. Ionización ULTRAVIOLETA de dos fotones, aplicada después de que la transferencia de la población pero antes de la relajación, permita el espectro intramolecular o intermolecular de Raman de un gas o de un racimo molecular (de hecho, una conformación dada del racimo molecular) que se recogerán. Esto es una técnica molecular útil de la dinámica.
el del
espacial compensó la espectroscopia (SORS) de Raman - la dispersión de Raman se recoge de las regiones compensadas lateralmente lejos del punto de laser de la excitación, llevando para bajar perceptiblemente contribuciones de la capa superficial que con la espectroscopia tradicional de Raman.
el del del
coherente anti-Alimenta la espectroscopia (COCHES) de Raman - dos rayos laser se utilizan para generar un coherente anti-Alimentan la viga de la frecuencia, que se puede realzar por la resonancia.
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