WikiDer > Рамановская спектроскопия с усилением наконечника

Tip-enhanced Raman spectroscopy

Рамановская спектроскопия с усилением наконечника это специализированный подход к Рамановская спектроскопия с усилением поверхности (SERS), в котором усиление рамановского рассеяния происходит только на острие почти атомно-острой иглы, обычно покрытой золотом.[1]

Максимальное разрешение, достижимое при использовании оптический микроскоп, включая Рамановские микроскопы, ограничено Предел Аббе, что составляет примерно половину длины волны падающего света. Кроме того, с помощью спектроскопии SERS полученный сигнал представляет собой сумму относительно большого количества молекул. TERS преодолевает эти ограничения, поскольку Рамановский спектр получено происходит в основном из молекулы в пределах нескольких десятков нанометров от наконечника.

История

В самых ранних сообщениях об усиленной концевой рамановской спектроскопии обычно использовался Рамановский микроскоп в сочетании с атомно-силовой микроскоп. Рамановская спектроскопия с усиленным наконечником в сочетании со сканирующим туннельным микроскопом (STM-TERS) также стала надежным методом, поскольку в ней используется плазмон с щелевой модой между металлическим зондом и металлической подложкой.[2][3]

Оборудование

Для рамановской спектроскопии с усилением наконечника требуется конфокальный микроскоп, а сканирующий зондовый микроскоп. Оптический микроскоп используется для совмещения точки фокусировки лазера с наконечником, покрытым активным металлом SERS. Три типичных экспериментальных конфигурации - это нижнее освещение, боковое освещение и верхнее освещение, в зависимости от того, в каком направлении падающий лазер распространяется на образец относительно подложки. В случае STM-TERS могут применяться только конфигурации бокового и верхнего освещения, поскольку требуется, чтобы подложка была проводящей, а потому обычно непрозрачной. В этом случае падающий лазер обычно линейно поляризован и ориентирован параллельно игле, чтобы генерировать ограниченный поверхностный плазмон на вершине иглы. Образец перемещается, а не игла, так что лазер остается сфокусированным на игле. Образец можно систематически перемещать, чтобы построить серию спектров комбинационного рассеяния, усиленного наконечником, из которых можно построить рамановскую карту поверхности, позволяющую оценивать неоднородность поверхности с разрешением до 1,7 нм.[4][5]

Волокно на входе-выходе сканирующая оптическая микроскопия ближнего поля (NSOM) конструкция зонда для измерения TERS без линз.

В 2019 году группа Янь и группа Лю из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали безлинзовую технику нанофокусировки, которая концентрирует падающий свет от сужающегося оптического волокна к вершине металлической нанопроволоки и собирает рамановский сигнал через то же оптическое волокно. . Разработан НСОМ-ТЕРС «волокно-в-волокне-снаружи».[6][7]


Приложения

Несколько исследований использовали TERS для изображения отдельных атомов и внутренней структуры молекул.[8][9][10][11] В 2019 году Ара Апкарян группа в Центр химии на ограниченном пространстве и времени, Калифорнийский университет в Ирвине изображенный колебательные нормальные моды одного порфирин молекулы с использованием TERS.[12] На базе TERS ДНК также было продемонстрировано секвенирование.[13] TERS также использовался для ионоселективной визуализации 2D Cu2N-изолятор с использованием функционализированного наконечника.[14]

Рекомендации

  1. ^ Sonntag, Matthew D .; Поцци, Эрик А .; Цзян, Нан; Hersam, Mark C .; Ван Дайн, Ричард П. (18 сентября 2014 г.). «Последние достижения в области спектроскопии комбинационного рассеяния света с наконечником». Письма в Журнал физической химии. 5 (18): 3125–3130. Дои:10.1021 / jz5015746. PMID 26276323.
  2. ^ Андерсон, Марк С. (2000). «Локально усиленная рамановская спектроскопия с атомно-силовым микроскопом (AFM-TERS)». Письма по прикладной физике. 76 (21): 3130. Bibcode:2000АпФЛ..76.3130А. Дои:10.1063/1.126546.
  3. ^ Штёкле, Рауль М .; Су, Юнг Дуг; Декерт, Фолькер; Зеноби, Ренато (февраль 2000 г.). «Наноразмерный химический анализ с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света с зондом». Письма по химической физике. 318 (1–3): 131–136. Bibcode:2000CPL ... 318..131S. Дои:10.1016 / S0009-2614 (99) 01451-7.
  4. ^ Хаядзава, Норихико; Иноуэ, Ясуши; Секкат, Зухейр; Кавата, Сатоши (сентябрь 2000 г.). «Усиление металлического наконечника рамановского рассеяния в ближней зоне». Оптика Коммуникации. 183 (1–4): 333–336. Bibcode:2000OptCo.183..333H. Дои:10.1016 / S0030-4018 (00) 00894-4.
  5. ^ Чен, Чи; Хаядзава, Норихико; Кавата, Сатоши (12 февраля 2014 г.). «Химический анализ углеродных нанотрубок с разрешением 1,7 нм с помощью рамановской визуализации с улучшенным наконечником в окружающей среде». Nature Communications. 5: 3312. Bibcode:2014 НатКо ... 5,33 12C. Дои:10.1038 / ncomms4312. PMID 24518208.
  6. ^ Ким, Санггон; Ю, Нин; Ма, Сюэчжи; Чжу, Янчжи; Лю, Цюши; Лю, Мин; Ян, Ruoxue (2019). «Нанофокусировка с высокой внешней эффективностью для безлинзовой оптической наноскопии ближнего поля». Природа Фотоника. 13 (9): 636–643. Дои:10.1038 / s41566-019-0456-9. ISSN 1749-4893.
  7. ^ Обер, Холли. «Волоконно-оптический зонд может видеть молекулярные связи». Новости UC Riverside. Получено 2020-01-10.
  8. ^ Hou, J. G .; Yang, J. L .; Luo, Y .; Aizpurua, J .; Ю. Ляо; Zhang, L .; Chen, L.G .; Zhang, C .; Цзян, С. (июнь 2013 г.). «Химическое картирование одной молекулы с помощью плазмонно-усиленного комбинационного рассеяния света». Природа. 498 (7452): 82–86. Bibcode:2013Натура 498 ... 82Z. Дои:10.1038 / природа12151. HDL:10261/102366. ISSN 1476-4687. PMID 23739426.
  9. ^ Ли, Джунхи; Талларида, Николай; Чен, Син; Лю, Пэнчун; Дженсен, Лассе; Апкарян, Варткесс Ара (2017-10-12). "Рамановская спектромикроскопия Co (II) -тетрафенилпорфирина на Au (111) с усилением наконечника: к химическому микроскопу". САУ Нано. 11 (11): 11466–11474. Дои:10.1021 / acsnano.7b06183. ISSN 1936-0851. PMID 28976729.
  10. ^ Талларида, Николай; Ли, Джунхи; Апкарян, Варткесс Ара (2017-10-09). "Рамановская спектромикроскопия с усилением наконечника по шкале Ангстрема: наконечники для чистого серебра и с концевым CO". САУ Нано. 11 (11): 11393–11401. Дои:10.1021 / acsnano.7b06022. ISSN 1936-0851. PMID 28980800.
  11. ^ Ли, Джунхи; Талларида, Николай; Чен, Син; Дженсен, Лассе; Апкарян, В. Ара (июнь 2018 г.). «Микроскопия сканирующим электрометром на одной молекуле». Достижения науки. 4 (6): eaat5472. Bibcode:2018SciA .... 4.5472L. Дои:10.1126 / sciadv.aat5472. ISSN 2375-2548. ЧВК 6025905. PMID 29963637.
  12. ^ Ли, Джунхи; Крэмптон, Кевин Т .; Талларида, Николай; Апкарян, В. Ара (апрель 2019 г.). «Визуализация колебательных нормальных мод одиночной молекулы с атомарно ограниченным светом». Природа. 568 (7750): 78–82. Bibcode:2019Натура.568 ... 78л. Дои:10.1038 / s41586-019-1059-9. ISSN 0028-0836. PMID 30944493.
  13. ^ Он, Чжэ; Хан, Зехуа; Кизер, Меган; Линхардт, Роберт Дж .; Ван, Син; Синюков Александр М .; Ван, Цзичжоу; Декерт, Фолькер; Соколов, Алексей В. (2019-01-16). «Рамановская визуализация одноцепочечной ДНК с улучшенным кончиком с разрешением одного основания». Журнал Американского химического общества. 141 (2): 753–757. Дои:10.1021 / jacs.8b11506. ISSN 0002-7863. PMID 30586988.
  14. ^ Крэмптон, Кевин Т .; Ли, Джунхи; Апкарян, В. Ара (25.06.2019). «Ионно-селективная визуализация с атомным разрешением двумерного изолятора Cu2N: спектромикроскопия комбинационного рассеяния с усилением поля и тока с использованием наконечника с концевой частью молекулы». САУ Нано. 13 (6): 6363–6371. Дои:10.1021 / acsnano.9b02744. ISSN 1936-0851. PMID 31046235.