Špičková Ramanova spektroskopie - Tip-enhanced Raman spectroscopy

Špičková Ramanova spektroskopie je speciální přístup k povrchově vylepšená Ramanova spektroskopie (SERS), ve kterém ke zvýšení Ramanova rozptylu dochází pouze v bodě téměř atomově ostrého čepu, obvykle potaženého zlatem.[1]

Maximální rozlišení dosažitelné pomocí optický mikroskop, počítaje v to Ramanovy mikroskopy, je omezen Abbův limit, což je přibližně polovina vlnové délky dopadajícího světla. Dále, pomocí SERS spektroskopie je získaný signál součtem relativně velkého počtu molekul. TERS překonává tato omezení jako Ramanovo spektrum získaný pochází primárně z molekuly během několika desítek nanometrů od špičky.

Dějiny

Nejstarší zprávy o špičkové Ramanské spektroskopii se obvykle používaly a Ramanův mikroskop spolu s mikroskop atomové síly. Špičková Ramanova spektroskopie spojená s rastrovacím tunelovým mikroskopem (STM-TERS) se také stala spolehlivou technikou, protože využívá plazmový mód mezi kovovou sondou a kovovým substrátem.[2][3]

Zařízení

Ramanova spektroskopie se špičkou vyžaduje a konfokální mikroskop a skenovací mikroskop. Optický mikroskop se používá k vyrovnání laserového ohniska s hrotem potaženým aktivním kovem SERS. Tři typické experimentální konfigurace jsou spodní osvětlení, boční osvětlení a horní osvětlení, podle toho, jakým směrem se dopadající laser šíří směrem ke vzorku, vzhledem k substrátu. V případě STM-TERS lze použít pouze konfigurace bočního a horního osvětlení, protože podklad musí být vodivý, proto je obvykle neprůhledný. V tomto případě je dopadající laser obvykle lineárně polarizovaný a zarovnaný rovnoběžně s hrotem, aby se generoval omezený povrchový plazmon na vrcholu hrotu. Vzorek se pohybuje spíše než špička, takže laser zůstává zaostřený na špičku. Vzorek lze systematicky přesouvat, aby se vytvořila řada špičkových Ramanových spekter, ze kterých lze sestavit Ramanovu mapu povrchu, což umožňuje posoudit heterogenitu povrchu s rozlišením až 1,7 nm.[4][5]

Fiber-in-fiber-out skenovací optická mikroskopie blízkého pole (NSOM) design sondy pro měření TERS bez objektivu.

V roce 2019 skupina Yan a skupina Liu na Kalifornské univerzitě v Riverside vyvinuly techniku ​​nanofokusování bez čoček, která koncentruje dopadající světlo z kuželového optického vlákna na vrchol špičky kovového nanodráty a sbírá Ramanův signál stejným optickým vláknem . Byl vyvinut Fiber-in-fiber-out NSOM-TERS.[6][7]


Aplikace

Několik výzkumů použilo TERS k zobrazení jednotlivých atomů a vnitřní struktury molekul.[8][9][10][11] V roce 2019 Ara Apkarian skupina u Centrum pro chemii v časoprostorovém limitu, University of California, Irvine zobrazený vibrační normální režimy single porfyrin molekuly pomocí TERS.[12] Založené na TERS DNA bylo také prokázáno sekvenování.[13] TERS byl také použit pro iontově selektivní zobrazování 2D Cu s rozlišením atomů2N izolátor pomocí funkcionalizovaného hrotu.[14]

Reference

  1. ^ Sonntag, Matthew D .; Pozzi, Eric A .; Jiang, Nan; Hersam, Mark C .; Van Duyne, Richard P. (18. září 2014). "Nedávné pokroky v špičkové Ramanově spektroskopii". The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (18): 3125–3130. doi:10.1021 / jz5015746. PMID  26276323.
  2. ^ Anderson, Mark S. (2000). "Lokálně vylepšená Ramanova spektroskopie s mikroskopem s atomovou silou (AFM-TERS)". Aplikovaná fyzikální písmena. 76 (21): 3130. Bibcode:2000ApPhL..76,3130A. doi:10.1063/1.126546.
  3. ^ Stöckle, Raoul M .; Suh, Yung Doug; Deckert, Volker; Zenobi, Renato (únor 2000). „Nanoscale chemická analýza špičkovou Ramanovou spektroskopií“. Dopisy o chemické fyzice. 318 (1–3): 131–136. Bibcode:2000CPL ... 318..131S. doi:10.1016 / S0009-2614 (99) 01451-7.
  4. ^ Hayazawa, Norihiko; Inouye, Yasushi; Sekkat, Zouheir; Kawata, Satoshi (září 2000). "Zesílení metalizovaného hrotu Ramanova rozptylu blízkého pole". Optická komunikace. 183 (1–4): 333–336. Bibcode:2000OptCo.183..333H. doi:10.1016 / S0030-4018 (00) 00894-4.
  5. ^ Chen, Chi; Hayazawa, Norihiko; Kawata, Satoshi (12. února 2014). „Chemická analýza uhlíkových nanotrubiček s rozlišením 1,7 nm pomocí špičkového Ramanova zobrazování v okolí“. Příroda komunikace. 5: 3312. Bibcode:2014NatCo ... 5.3312C. doi:10.1038 / ncomms4312. PMID  24518208.
  6. ^ Kim, Sanggon; Yu, Ning; Ma, Xuezhi; Zhu, Yangzhi; Liu, Qiushi; Liu, Ming; Yan, Ruoxue (2019). "Vysoce účinná nanofokusace pro optickou nanoskopii blízkého pole bez objektivů". Fotonika přírody. 13 (9): 636–643. doi:10.1038 / s41566-019-0456-9. ISSN  1749-4893.
  7. ^ Ober, Holly. „Sonda s optickými vlákny vidí molekulární vazby“. UC Riverside News. Citováno 2020-01-10.
  8. ^ Hou, J. G .; Yang, J.L .; Luo, Y .; Aizpurua, J .; Y. Liao; Zhang, L .; Chen, L. G .; Zhang, C .; Jiang, S. (červen 2013). "Chemické mapování jedné molekuly plazmanovým Ramanovým rozptylem". Příroda. 498 (7452): 82–86. Bibcode:2013Natur.498 ... 82Z. doi:10.1038 / příroda12151. hdl:10261/102366. ISSN  1476-4687. PMID  23739426.
  9. ^ Lee, Joonhee; Tallarida, Nicholas; Chen, Xing; Liu, Pengchong; Jensen, Lasse; Apkarian, Vartkess Ara (10. 10. 2017). „Tip-Enhanced Raman Spectromicroscopy of Co (II) -Tetraphenylporphyrin on Au (111): Toward the Chemists 'Microscope“. ACS Nano. 11 (11): 11466–11474. doi:10.1021 / acsnano.7b06183. ISSN  1936-0851. PMID  28976729.
  10. ^ Tallarida, Nicholas; Lee, Joonhee; Apkarian, Vartkess Ara (10. 10. 2017). „Špičková Ramanova spektromikroskopie na stupnici Angstrom: Holé a CO-zakončené Ag tipy“. ACS Nano. 11 (11): 11393–11401. doi:10.1021 / acsnano.7b06022. ISSN  1936-0851. PMID  28980800.
  11. ^ Lee, Joonhee; Tallarida, Nicholas; Chen, Xing; Jensen, Lasse; Apkarian, V. Ara (červen 2018). "Mikroskopie s jedno molekulárním skenovacím elektrometrem". Vědecké zálohy. 4 (6): eaat5472. Bibcode:2018SciA .... 4,5472L. doi:10.1126 / sciadv.aat5472. ISSN  2375-2548. PMC  6025905. PMID  29963637.
  12. ^ Lee, Joonhee; Crampton, Kevin T .; Tallarida, Nicholas; Apkarian, V. Ara (duben 2019). "Vizualizace normálních vibračních režimů jedné molekuly s atomově omezeným světlem". Příroda. 568 (7750): 78–82. Bibcode:2019Natur.568 ... 78L. doi:10.1038 / s41586-019-1059-9. ISSN  0028-0836. PMID  30944493.
  13. ^ On, Zhe; Han, Zehua; Kizer, Megan; Linhardt, Robert J .; Wang, Xing; Sinyukov, Alexander M .; Wang, Jizhou; Deckert, Volker; Sokolov, Alexej V. (2019-01-16). „Tip-Enhanced Raman Imaging of Single-Stranded DNA with Single Base Resolution“. Journal of the American Chemical Society. 141 (2): 753–757. doi:10.1021 / jacs.8b11506. ISSN  0002-7863. PMID  30586988.
  14. ^ Crampton, Kevin T .; Lee, Joonhee; Apkarian, V. Ara (2019-06-25). „Iontově selektivní zobrazování 2D atomu Cu2N izolátoru rozlišené atomy: Ramanova spektromikroskopie s vylepšeným polem a proudem, využívající špičku zakončenou molekulou“. ACS Nano. 13 (6): 6363–6371. doi:10.1021 / acsnano.9b02744. ISSN  1936-0851. PMID  31046235.