طیف بینی رامان تقویت یافته ی سطحی (Surface Enhanced Raman Spectroscopy) با نام اختصاری، SERS تکنیکی است که در آن طیف رامان برای شناسایی مولکول هایی که بر روی سطح فلزات جذب سطحی شده اند، به کار می رود. مزیت عمده این روش شدت افزایش یافته پیک های رامان است که از درجه 104 تا 1014 می تواند تقویت شود و به همین علت حتی برای شناسایی یک مولکول منفرد و تک هم به کار می رود.
اصول طیف بینی رامان تقویت یافته ی سطحی (SERS)
پراکندگی رامان با جذب سطحی آنالیت یا مولکول هدف بر روی یک سوبسترای فلزی بطور چشم گیری افزایش می یابد. این اثر در فلز نقره بسیار قوی ست. اگر چه در در فلزات طلا و مس نیز قابل مشاهده است اما در فلزات دیگر ناچیز است. دو مکانیسم عمده برای توجیه این اثر معرفی شده اند: اثر انتقال بار (charge transfer, CT) و اثر میدان الکترومغناطیس (electromagnetic effect, EME). به اثر انتقال بار اثر شیمیایی (chemical effect) نیز گفته می شود.
در هر دو مکانیسم وجود یک سطح زبر و ناهموار برای افزایش و ارتقاء سیگنال ضروری ست. در مکانیسم اثر میدان مغناطیسی، تشدید پلاسمون سطحی را عامل ارتقا و افزایش سیگنال می دانند. پلاسمون نوسانات جمعی و آزاد الکترون های لایه رسانش فلز از یک ذره به ذره دیگر است. نوسانات الکترون ها مشابه نوسان های ذرات محیط پلاسما ست به همین علت این اثر را پلاسمون نامگذاری کرده اند. وقتی نور یا الکترون پر انرژی به سطح فلز بتابد، نوسانات جذب قوی در ناحیه مرئی نشان می دهند که به آن جذب پلاسمون سطح گفته می شود.
وجود سطوح تیز و ناهموار برای اثر EME بسیار ضروری ست چون میدان الکتریکی در نزدیکی نوک تیز سطوح به مقدار بسیار زیادی افزایش می یابد. در اثر انتقال بار ارتقاء سیگنال رامان به افزایش میدان مغناطیسی مرتبط نیست. مولکول جذب سطحی شده تحت شرایط ویژه می تواند با سطح فلز برهمکنش کرده و قطبش پذیری مولکول افزایش یابد. در واقع طبق این مکانیسم اوربیتال های مولکول جذب سطحی شده در اثر اتصال به الکترون های لایه رسانش فلز گسترده شده و ماهیت شیمیایی آن تغییر می کند.
روش طیف بینی رامان تقویت یافته ی سطحی روش بسیار حساسی ست که توانایی آنالیز مولکول های منفرد زیستی را نیز داراست. روش SERS مخرب نیست و قدرت تفکیک بسیار بالایی دارد. سیگنال ارتقا یافته به شدت به جنس فلز و نحوه ساخت سوبسترا وابسته است بنابر این آماده سازی نمونه مرحله بسیار تاثیر گذاری ست و به مهارت و ابزارهای ویژه برای تهیه نمونه SERS نیازاست.
طیف سنجی رامان تقویت یافته نوک
طیف سنجی رامان تقویت یافته نوک (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy, TERS) از تکنیک های پیشرفته SERS است که در آن یک پین (Pin) تیز در مقیاس اتمی با فلز فعال SERS مانند طلا پوشانده می شود. TERS بلافاصله در نزدیکی نوک پین اتفاق می افتد که در نتیجه یک سیگنال با قدرت تفکیک در حد اندازه نوک پین یعنی nmه30-20 صورت می گیرد. در واقع این تکنیک یک روش تلفیقی از SERS و رامان-میکروسکوپ نیروی اتمی (Raman-AFM) است.
کاربردهای طیف بینی رامان تقویت یافته ی سطحی
- شناسایی و آنالیز مولکولی
- مطالعه سیستم های و مولکول های زیست شناختی شامل پروتئن ها، DNA و RNA باکتری ها، ویروس ها و..
- مطالعات فرایند های کاتالیتیکی
- بررسی انجام واکنش های شیمیایی با ردیابی تشکیل یا گسستن پیوند شیمیایی
- مطالعات فرایندهای پوسیدگی و خوردگی
- سیستم های الکتروشیمیایی
