1923 년 인도 물리학자인 Chandrasekhara Venkata Raman에 의해 분자에 의한 광자의 라만 산란을 발견했습니다. Raman은 1930 년에 그의 공헌으로 노벨 물리학상을 받았습니다.
.분자 또는 고체에서 원자의 전자 구름에 의해 광자가 산란되면 기본적으로 세 가지가 발생할 수 있습니다.
- 광자는 동일한 에너지 와이 상호 작용에서 나옵니다. 이것을 Rayleigh Scattering이라고하며 가장 일반적인 결과입니다. 우리는 매일 아침 거울을 볼 때 이것을 봅니다. 광자가 전혀 나오지 않으면 흡수라고합니다.
- 광자는 적은 에너지로 나옵니다. 이것을 라만 산란이라고하며, 적색으로 향하는 파장의 이동을 스토크 스 시프트라고합니다. 이런 일이 발생하면 광자는 분자 진동 또는 포논이라는 고체의 집단 진동에 에너지를 전달합니다. 우리는 이것을 보지 못합니다. 효과는 매우 약하고 스토크 스 변속이 너무 작아서 눈의 센서가 흩어져있는 것과 원래 빛을 따라갈 수없고 구별 할 수 없습니다.
- 광자에는 더 많은 에너지가 나옵니다. 이것을 라만 산란이라고도 불리우며, 시프트는 이제 파란색으로 향하고 안티 스토크 시프트라고 불립니다. 여기서 광자는 진동으로부터 에너지를 받고이 효과는 매우 약하고 눈에 보이지 않습니다.
오랫동안, 라만 효과는 본질적인 약점으로 인해 분광법 또는 기술적으로 쓸모없는 것이었다. 이것은 일관된 레이저 조명의 출현으로 급격히 바뀌 었습니다. 라만 효과는 매우 약하게 이어 지지만 이제는 레이저 광의 강도 가이 약점을 보완합니다. 많은 광자가 샘플에 닿아 결과적으로 더 많은 라만 산란 광자가 나옵니다. 또한, 레이저 조명의 거의 단색성은 이제 분광법에 이상적인 도구입니다.
지금 물어볼 수 있습니다 :스토크 스 변속을 측정하는 것은 무엇입니까? 글쎄, 당신은 분자 나 고체의 진동 에너지를 얻습니다. 가장 간단한 분자조차도 여러 유형의 진동을 가질 수 있으므로 라만 스펙트럼에서“지문”을 얻습니다. 각 분자마다 독특합니다.
우리가 진행하기 전에, 광자는 전자기장의 양자이며, 원자와 분자의 전자 구름은 양자-기계적 실체이고 분자 진동 및 포논이 양자화된다는 것을 분명히하자. 라만 효과의 양자 설명을 단순화 할 때 이것을 명심해야합니다.
지금까지 너무 좋아. 그러나 34 년 전, 사우 샘프 턴 대학교 화학 부서의 팀 (Fleischmann, Hendra 및 McQuillan)은 약어 SERS로 알려진 소위 표면 강화 라만 산란을 발견했습니다. 이 향상은 너무 커서 단일 분리 된 분자로부터의 광자 산란이 가능하고 감지 가능하다. 이것은 좋은 소식입니다. 생물학, 의학 및 법의학의 사람들은 SERS가 제공 한 가능성에 흥분합니다.
SERS가 제공 한이 특별한 향상을 설명하기위한 기본적으로 두 가지 이론적 견해가 있습니다. 첫째, 이론과 독립적으로 나노 구조가 제공되어야한다. 그리고 나노 구조는 특별한 종류가 있어야합니다. 표면 플라즈몬을 촉진해야합니다. 표면 플라스몬은 전자의 집단 진동으로 설명된다. 진동하려면 전자가 자유롭게 움직여야합니다.
이제 한 이론에 따르면, 나노 구조의 전자 구름과 들어오는 광자의 상호 작용은 나노 구조의 특정 위치에서 막대한 전자기장을 생성 하고이 위치에 분자가 앉으면 라만 수율이 강화된다고 말합니다. 이것이 지배적 인 이론입니다. 다른 이론은 강력한 전자기장에 대해 이의를 제기하지 않지만 위치에있는 분자는 어떻게 든 나노 구조에 전하 전환을 통해 부착되어야한다고 말합니다. 이 분쟁과 무관하게 SERS는 실험적으로 잘 작동합니다. 하나는 단일 분자를 감지하고, 정체성에 대해 의심 할 여지없이 태그를 넣을 필요가 없습니다.
SERS가 시작된 이래로,은과 금 나노 구조는 실험가의 명백한 선택이었다. 이들은 금속이고 전자는 자유롭게 진동하고 플라즈몬으로 작용할 수 있기 때문입니다. 은과 금은 상대적으로 불활성이며, 그들의 나노 구조는 비교적 안정적이며, SERS의 기질을 개발하고 판매하려는 경우 좋습니다. 둘째, 금과은 플라스몬은 레이저가 쉽게 이용 가능한 가시 광선을 자연적으로 흡수합니다. 경우에 따라 Plasmon 주파수와 레이저 주파수와 일치하는 경우도 있습니다. 그런 다음 이것은 공진 SERS 또는 간단히 말해서 SERR이라고합니다. Serrs에서는 더 많은 향상이 가능합니다.
그러나 과학은 결코 멈추지 않습니다. 아마도 당신이 안내하고 종양을 끌어 들이고 싶은 일부 나노 입자를 생각하십시오. SERS를 통해 종양을 감지하고 싶다고 가정하십시오. 그런 다음 독성이있는은과 금 나노 입자에 문제가 있습니다. 기억하십시오 :은 나노 입자는 양말과 웨어러블로 박테리아를 죽이는 데 사용됩니다. 이 작업에는 다른 나노 입자 시스템이 필요합니다. 이 요구와 다른 유형의 요구는 SERS 필드를 앞으로 밀어 넣습니다.
최근 브라질 팀은 Bismuth 나노 입자가 SERS에 사용될 수 있음을 보여주었습니다. Bismuth는 소위 전환 후 금속으로 제대로 작동하지 않습니다. Bismuth는 많은 제약 제제에 사용되며 물 벼룩에 대해서도 무독성 인 것으로 나타났습니다. 반면에 Bismuth의 나노 입자는 표면 상태를 수행하고 결과적으로 플라즈몬입니다. 이것은 놀랍습니다. 그 이유는 다음과 같습니다. Bismuth가 나노 입자로 분해되면 표면이 꾸준히 증가합니다. 새로운 표면의 부서진 본드는 스스로를 재정렬하고 전자 상태를 수행하는 것으로 밝혀졌습니다
저널 오브 나노 입자 연구 (J Nanopart RES (2017) 19 :362)의 11 월호에 실린 Bismuth 나노 입자에 대한 연구는이 나노 입자에 의해 제공된 라만 산란의 향상이 100 억의 순서임을 보여 주었다.
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이 그림은 프롤린 분자의 위치를 노란색으로 보여줍니다. 이 분자는 Bismuth 나노 입자를 사용하여 SER에 의해 검출되었다. 10 x 10 µm의 전체 이미지는 라만 산란에 의해 구성되었습니다. 각 픽셀에는 전체 라만 스펙트럼이 포함되어 있습니다. 노란색 수단 :여기에 프롤린 분자의 위치가 있습니다.
이러한 발견은 Bismuth 나노 입자 :아미노산을 이용한 연구, 저널의 나노 입자 연구에 발표 된 Surface-Enhanced Raman 산란이라는 제목의 기사에 설명되어있다. 이 작업은 Universidade Federal do Paraná의 Wido H. Schreiner가 주도했습니다.
