Рамановская спектроскопия ( / ˈ r ɑː m ən / ) (названная в честь физика К. В. Рамана ) — это спектроскопический метод, обычно используемый для определения колебательных мод молекул , хотя вращательные и другие низкочастотные моды систем также могут наблюдаться. [1] Рамановская спектроскопия обычно используется в химии для получения структурного отпечатка, по которому можно идентифицировать молекулы. [2]
Обычно образец освещается лазерным лучом. Электромагнитное излучение от освещенного пятна собирается линзой и отправляется через монохроматор . [ требуется ссылка ] Упругое рассеянное излучение на длине волны, соответствующей лазерной линии ( рэлеевское рассеяние ), отфильтровывается либо режекторным фильтром , либо краевым пропускающим фильтром, либо полосовым фильтром, в то время как остальная часть собранного света рассеивается на детекторе.
Спонтанное комбинационное рассеяние обычно очень слабое; в результате в течение многих лет основной трудностью при сборе спектров комбинационного рассеяния было отделение слабого неупруго рассеянного света от интенсивного рэлеевского рассеянного лазерного света (называемого «лазерным подавлением»). Исторически рамановские спектрометры использовали голографические решетки и несколько дисперсионных стадий для достижения высокой степени подавления лазера. В прошлом фотоумножители были детекторами выбора для дисперсионных рамановских установок, что приводило к длительному времени сбора данных. Однако современная аппаратура почти повсеместно использует режекторные или краевые фильтры для подавления лазера. Дисперсионные одноступенчатые спектрографы (аксиальные пропускающие (AT) или монохроматоры Черни–Тернера (CT) ) в паре с детекторами ПЗС являются наиболее распространенными, хотя спектрометры с преобразованием Фурье (FT) также распространены для использования с лазерами NIR.
Хотя неупругое рассеяние света было предсказано Адольфом Смекалом в 1923 году, [3] оно не наблюдалось на практике до 1928 года. Эффект Рамана был назван в честь одного из его первооткрывателей, индийского ученого К. В. Рамана , который наблюдал эффект в органических жидкостях в 1928 году совместно с К. С. Кришнаном , и независимо Григорием Ландсбергом и Леонидом Мандельштамом в неорганических кристаллах. [1] Раман получил Нобелевскую премию по физике в 1930 году за это открытие. Первое наблюдение спектров Рамана в газах было в 1929 году Франко Разетти . [4] [5]
Систематическая пионерская теория эффекта Рамана была разработана чехословацким физиком Джорджем Плачеком в период с 1930 по 1934 год. [6] Ртутная дуга стала основным источником света, сначала с фотографическим обнаружением, а затем со спектрофотометрическим обнаружением.
В последующие годы после своего открытия спектроскопия Рамана использовалась для получения первого каталога молекулярных колебательных частот. Обычно образец помещался в длинную трубку и освещался по всей длине пучком отфильтрованного монохроматического света, генерируемого газоразрядной лампой . Рассеянные образцом фотоны собирались через оптическую плоскость на конце трубки. Для максимизации чувствительности образец был высококонцентрированным (1 М или более) и использовались относительно большие объемы (5 мл или более).
Теория
Величина эффекта Рамана коррелирует с поляризуемостью электронов в молекуле. Это форма неупругого рассеяния света , при котором фотон возбуждает образец. Это возбуждение переводит молекулу в виртуальное энергетическое состояние на короткое время, прежде чем фотон испускается. Неупругое рассеяние означает, что энергия испускаемого фотона либо ниже, либо выше энергии падающего фотона. После события рассеяния образец находится в другом вращательном или колебательном состоянии .
Чтобы общая энергия системы оставалась постоянной после того, как молекула переходит в новое ровибронное (вращательно-колебательно-электронное) состояние, рассеянный фотон переходит на другую энергию и, следовательно, на другую частоту. Эта разница энергий равна разнице между начальным и конечным ровибронным состояниями молекулы. Если конечное состояние имеет более высокую энергию, чем начальное состояние, рассеянный фотон будет смещен на более низкую частоту (более низкую энергию), так что общая энергия останется прежней. Этот сдвиг частоты называется сдвигом Стокса или смещением вниз. Если конечное состояние имеет более низкую энергию, рассеянный фотон будет смещен на более высокую частоту, что называется антистоксовым сдвигом или смещением вверх.
Для того чтобы молекула проявила эффект Рамана, должно произойти изменение ее электрической дипольной-электрической дипольной поляризуемости относительно колебательной координаты, соответствующей ровибронному состоянию. Интенсивность рамановского рассеяния пропорциональна этому изменению поляризуемости. Поэтому спектр Рамана (интенсивность рассеяния как функция сдвигов частоты) зависит от ровибронных состояний молекулы.
Эффект Рамана основан на взаимодействии электронного облака образца и внешнего электрического поля монохроматического света, которое может создавать индуцированный дипольный момент внутри молекулы на основе ее поляризуемости. Поскольку лазерный свет не возбуждает молекулу, не может быть реального перехода между уровнями энергии. [7] Эффект Рамана не следует путать с эмиссией ( флуоресценцией или фосфоресценцией ), когда молекула в возбужденном электронном состоянии испускает фотон и возвращается в основное электронное состояние, во многих случаях в колебательно возбужденное состояние на поверхности потенциальной энергии основного электронного состояния. Рамановское рассеяние также контрастирует с инфракрасным (ИК) поглощением, где энергия поглощенного фотона соответствует разнице в энергии между начальным и конечным ровибронными состояниями. Зависимость Рамана от производной электрической дипольной-электрической дипольной поляризуемости также отличается от ИК-спектроскопии, которая зависит от производной электрического дипольного момента, атомного полярного тензора (АПТ). Эта контрастная особенность позволяет анализировать ровибронные переходы, которые могут быть неактивны в ИК-диапазоне, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, как показано на примере правила взаимного исключения в центросимметричных молекулах . Переходы, которые имеют большую интенсивность комбинационного рассеяния, часто имеют слабую интенсивность ИК-диапазона и наоборот. Если связь сильно поляризована, небольшое изменение ее длины, такое как то, что происходит во время вибрации, имеет лишь небольшой результирующий эффект на поляризацию. Колебания, включающие полярные связи (например, CO, NO, OH), поэтому являются сравнительно слабыми рассеивателями комбинационного рассеяния. Такие поляризованные связи, однако, переносят свои электрические заряды во время колебательного движения (если они не нейтрализованы факторами симметрии), и это приводит к большему изменению чистого дипольного момента во время вибрации, создавая сильную полосу поглощения ИК-диапазона. Наоборот, относительно нейтральные связи (например, CC, CH, C=C) испытывают большие изменения поляризуемости во время вибрации. Однако дипольный момент не подвержен аналогичному влиянию, так что хотя колебания, включающие преимущественно этот тип связи, являются сильными рассеивателями Рамана, они слабы в ИК-диапазоне. Третий метод колебательной спектроскопии, неупругое некогерентное рассеяние нейтронов (IINS), может использоваться для определения частот колебаний в высокосимметричных молекулах, которые могут быть как ИК-, так и рамановски неактивными. Правила отбора IINS или разрешенные переходы отличаются от правил ИК- и рамановской спектроскопии, поэтому эти три метода являются взаимодополняющими. Все они дают одну и ту же частоту для данного колебательного перехода, но относительные интенсивности предоставляют разную информацию из-за разных типов взаимодействия между молекулой и входящими частицами, фотонами для ИК- и рамановской спектроскопии и нейтронами для IINS.
Рамановское смещение
Рамановские сдвиги обычно сообщаются в волновых числах , которые имеют единицы обратной длины, поскольку эта величина напрямую связана с энергией. Для преобразования между спектральной длиной волны и волновыми числами сдвига в рамановском спектре можно использовать следующую формулу:
где Δν̃ — рамановский сдвиг, выраженный в волновом числе, λ 0 — длина волны возбуждения, а λ 1 — длина волны рамановского спектра. Чаще всего единицей, выбранной для выражения волнового числа в рамановских спектрах, является обратный сантиметр (см −1 ). Поскольку длина волны часто выражается в единицах нанометров (нм), формула выше может масштабироваться для этого преобразования единиц явно, давая
Инструментарий
Современная спектроскопия Рамана почти всегда подразумевает использование лазеров в качестве источников возбуждающего света. Поскольку лазеры появились только через три десятилетия после открытия эффекта, Раман и Кришнан использовали ртутную лампу и фотографические пластинки для записи спектров. Получение ранних спектров занимало часы или даже дни из-за слабых источников света, плохой чувствительности детекторов и слабых сечений рамановского рассеяния большинства материалов. Различные цветные фильтры и химические растворы использовались для выбора определенных областей длин волн для возбуждения и обнаружения, но фотографические спектры по-прежнему доминировали с широкой центральной линией, соответствующей рэлеевскому рассеянию источника возбуждения. [10]
Технологические достижения сделали Рамановскую спектроскопию намного более чувствительной, особенно с 1980-х годов. Наиболее распространенными современными детекторами теперь являются приборы с зарядовой связью (ПЗС). Фотодиодные матрицы и фотоумножительные трубки были распространены до принятия ПЗС. Появление надежных, стабильных, недорогих лазеров с узкой полосой пропускания также оказало влияние. [11]
Лазеры
Рамановская спектроскопия требует источника света, например лазера. Разрешение спектра зависит от ширины полосы пропускания используемого лазерного источника. [12] Обычно более коротковолновые лазеры дают более сильное Рамановское рассеяние из-за увеличения ν 4 в сечениях Рамановского рассеяния, но могут возникнуть проблемы с деградацией образца или флуоресценцией. [11]
Лазеры непрерывной волны наиболее распространены для обычной спектроскопии Рамана, но импульсные лазеры также могут использоваться. Они часто имеют более широкую полосу пропускания, чем их аналоги CW, но очень полезны для других форм спектроскопии Рамана, таких как переходная, разрешенная по времени и резонансная Рамана. [12] [13]
Детекторы
Рамановский рассеянный свет обычно собирается и либо рассеивается спектрографом , либо используется с интерферометром для обнаружения методами преобразования Фурье (FT). Во многих случаях коммерчески доступные спектрометры FT-IR могут быть модифицированы в спектрометры FT-Raman. [11]
Детекторы для дисперсионного Рамана
В большинстве случаев современные рамановские спектрометры используют матричные детекторы, такие как ПЗС. Существуют различные типы ПЗС, оптимизированные для различных диапазонов длин волн. Усиленные ПЗС могут использоваться для очень слабых сигналов и/или импульсных лазеров. [11] [14]
Спектральный диапазон зависит от размера ПЗС и фокусного расстояния используемого спектрографа. [15]
Когда-то было принято использовать монохроматоры, соединенные с фотоумножительными трубками. В этом случае монохроматор нужно было перемещать, чтобы сканировать спектральный диапазон. [11]
Детекторы для Фурье-Раман
FT-Raman почти всегда используется с NIR-лазерами, и в зависимости от возбуждающей длины волны должны использоваться соответствующие детекторы. Обычно используются детекторы из германия или арсенида галлия индия (InGaAs). [11]
Фильтры
Обычно необходимо отделить рамановский рассеянный свет от сигнала Рэлея и отраженного лазерного сигнала, чтобы собрать высококачественные рамановские спектры с помощью лазерного режекторного фильтра. Для этой цели обычно используются режекторные или длиннополосные оптические фильтры. До появления голографических фильтров было принято использовать монохроматор с тройной решеткой в субтрактивном режиме для выделения нужного сигнала. [11] Это все еще может использоваться для записи очень малых рамановских сдвигов, поскольку голографические фильтры обычно отражают некоторые из низкочастотных диапазонов в дополнение к несмещенному лазерному свету. Однако объемные голографические фильтры становятся все более распространенными, что позволяет наблюдать сдвиги вплоть до 5 см −1 . [16] [17] [18]
Приложения
Рамановская спектроскопия используется в химии для идентификации молекул и изучения химических связей и внутримолекулярных связей. Поскольку колебательные частоты специфичны для химических связей и симметрии молекулы (область отпечатка пальца органических молекул находится в диапазоне волновых чисел 500–1500 см −1 ), [19] Рамановская спектроскопия обеспечивает отпечаток пальца для идентификации молекул. Например, Рамановские и ИК-спектры использовались для определения колебательных частот SiO, Si 2 O 2 и Si 3 O 3 на основе нормальных координатных анализов. [20] Рамановская спектроскопия также используется для изучения добавления субстрата к ферменту.
В физике твердого тела спектроскопия комбинационного рассеяния используется для характеристики материалов, измерения температуры и нахождения кристаллографической ориентации образца. Как и в случае с отдельными молекулами, твердый материал можно идентифицировать по характерным фононным модам. Информация о популяции фононной моды дается отношением интенсивности Стокса и антистокса спонтанного сигнала комбинационного рассеяния. Спектроскопия комбинационного рассеяния также может использоваться для наблюдения других низкочастотных возбуждений твердого тела, таких как плазмоны , магноны и возбуждения сверхпроводящей щели . Распределенное температурное зондирование (DTS) использует обратное рассеяние со смещением Рамана от лазерных импульсов для определения температуры вдоль оптических волокон. Ориентация анизотропного кристалла может быть найдена из поляризации света, рассеянного комбинационным рассеянием, относительно кристалла и поляризации лазерного света, если известна точечная группа структуры кристалла .
В нанотехнологиях рамановский микроскоп можно использовать для анализа нанопроволок с целью лучшего понимания их структуры, а радиальный режим дыхания углеродных нанотрубок обычно используется для оценки их диаметра.
Рамановские активные волокна, такие как арамид и углерод, имеют колебательные моды, которые показывают сдвиг рамановской частоты с приложенным напряжением. Полипропиленовые волокна демонстрируют похожие сдвиги.
В химии твердого тела и биофармацевтической промышленности спектроскопия Рамана может использоваться не только для идентификации активных фармацевтических ингредиентов (АФИ), но и для идентификации их полиморфных форм, если их существует более одной. Например, препарат Кайстон ( азтреонам ), продаваемый компанией Gilead Sciences для лечения муковисцидоза , [21] может быть идентифицирован и охарактеризован с помощью ИК- и Рамановской спектроскопии. Использование правильной полиморфной формы в биофармацевтических составах имеет решающее значение, поскольку разные формы имеют разные физические свойства, такие как растворимость и температура плавления.
Рамановская спектроскопия имеет широкий спектр применения в биологии и медицине. Она помогла подтвердить существование низкочастотных фононов [22] в белках и ДНК, [23] [24] [25] [26] способствуя исследованиям низкочастотного коллективного движения в белках и ДНК и их биологических функций. [27] [28] Рамановские репортерные молекулы с олефиновыми или алкиновыми фрагментами разрабатываются для визуализации тканей с помощью антител, меченых SERS . [29] Рамановская спектроскопия также использовалась в качестве неинвазивного метода для биохимической характеристики ран в реальном времени in situ. Многомерный анализ Рамановских спектров позволил разработать количественную меру прогресса заживления ран. [30] Рамановская спектроскопия с пространственным смещением (SORS), которая менее чувствительна к поверхностным слоям, чем обычная Рамановская спектроскопия, может использоваться для обнаружения поддельных лекарств без вскрытия их упаковки и для неинвазивного изучения биологической ткани. [31] Причина, по которой Рамановская спектроскопия полезна в биологических приложениях, заключается в том, что ее результаты часто не сталкиваются с помехами от молекул воды из-за того, что они имеют постоянные дипольные моменты, и, как следствие, Рамановское рассеяние не может быть обнаружено. Это большое преимущество, особенно в биологических приложениях. [32] Рамановская спектроскопия также широко используется для изучения биоминералов. [33] Наконец, Рамановские газоанализаторы имеют множество практических применений, включая мониторинг в реальном времени смесей анестезирующих и дыхательных газов во время хирургических операций.
Рамановская спектроскопия использовалась в нескольких исследовательских проектах как средство обнаружения взрывчатых веществ с безопасного расстояния с помощью лазерных лучей. [34] [35] [36]
Рамановская спектроскопия дорабатывается, чтобы ее можно было использовать в клинических условиях. Raman4Clinic — это европейская организация, которая работает над внедрением методов Рамановской спектроскопии в медицинскую сферу. В настоящее время они работают над различными проектами, одним из которых является мониторинг рака с использованием биологических жидкостей, таких как образцы мочи и крови, которые легко доступны. Эта методика будет менее стрессовой для пациентов, чем постоянная необходимость брать биопсии, которые не всегда безопасны. [37]
В фотовольтаике Рамановская спектроскопия приобрела больший интерес в последние несколько лет, демонстрируя высокую эффективность в предоставлении важных свойств для таких материалов. Это включает оптоэлектронные и физико-химические свойства, такие как напряжение разомкнутой цепи, эффективность и кристаллическая структура. [38] Это было продемонстрировано с несколькими фотоэлектрическими технологиями, включая основанные на кестерите, [38] устройства CIGS , [39] монокристаллические кремниевые ячейки, [40] и устройства на основе перовскитов . [41]
Искусство и культурное наследие
Рамановская спектроскопия является эффективным и неразрушающим способом исследования произведений искусства и артефактов культурного наследия , отчасти потому, что это неинвазивный процесс, который может применяться in situ . [42] Его можно использовать для анализа продуктов коррозии на поверхностях артефактов (статуй, керамики и т. д.), что может дать представление о коррозионных средах, которым подвергаются артефакты. Полученные спектры также можно сравнить со спектрами поверхностей, которые очищаются или намеренно подвергаются коррозии, что может помочь в определении подлинности ценных исторических артефактов. [43]
Он способен идентифицировать отдельные пигменты в картинах и продукты их распада, что может дать представление о методе работы художника в дополнение к помощи в аутентификации картин. [44] Он также дает информацию об изначальном состоянии картины в случаях, когда пигменты со временем деградировали. [45] Помимо идентификации пигментов, было показано, что обширная рамановская микроспектроскопическая визуализация обеспечивает доступ к множеству следовых соединений в раннесредневековом египетском синем , что позволяет реконструировать индивидуальную «биографию» красителя, включая информацию о типе и происхождении сырья, синтезе и применении пигмента, а также старении слоя краски. [46]
Помимо картин и артефактов, Рамановскую спектроскопию можно использовать для исследования химического состава исторических документов (например, Келлской книги ), что может дать представление о социальных и экономических условиях, в которых они были созданы. [47] Она также предлагает неинвазивный способ определения наилучшего метода сохранения или консервации таких артефактов культурного наследия, предоставляя представление о причинах ухудшения. [48]
База данных спектров IRUG (Infrared and Raman Users Group) [49] — это тщательно рецензируемая онлайн-база данных ИК- и рамановских эталонных спектров для материалов культурного наследия, таких как произведения искусства, архитектура и археологические артефакты. База данных открыта для просмотра широкой публикой и включает интерактивные спектры для более чем сотни различных типов пигментов и красок.
Микроспектроскопия
Рамановская спектроскопия предлагает несколько преимуществ для микроскопического анализа. Поскольку это метод рассеяния света, образцы не нужно фиксировать или разделять. Рамановские спектры можно собирать из очень малого объема (< 1 мкм в диаметре, < 10 мкм в глубину); эти спектры позволяют идентифицировать виды, присутствующие в этом объеме. [50] Вода, как правило, не мешает Рамановскому спектральному анализу. Таким образом, Рамановская спектроскопия подходит для микроскопического исследования минералов , материалов, таких как полимеры и керамика, клеток , белков и судебных следов. Рамановская спектроскопия начинается со стандартного оптического микроскопа и добавляет возбуждающий лазер, монохроматор или полихроматор и чувствительный детектор (такой как прибор с зарядовой связью (ПЗС) или фотоумножительная трубка (ФЭУ)). Фурье-Раман также использовался с микроскопами, как правило, в сочетании с возбуждением лазером в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне. При использовании источника УФ-лазера для рамановской микроспектроскопии необходимо использовать ультрафиолетовые микроскопы и оптику с УФ-усилением.
При прямой визуализации (также называемой глобальной визуализацией [51] или широкопольным освещением ) все поле зрения исследуется на предмет рассеяния света, интегрированного в небольшом диапазоне волновых чисел (рамановские сдвиги). [52] Например, характеристика волнового числа для холестерина может быть использована для регистрации распределения холестерина в клеточной культуре. Этот метод используется для характеристики крупномасштабных устройств, картирования различных соединений и изучения динамики. Он уже использовался для характеристики графеновых слоев, [53] J-агрегированных красителей внутри углеродных нанотрубок [54] и множества других двумерных материалов , таких как MoS2 и WSe2 . Поскольку возбуждающий луч рассеивается по всему полю зрения, эти измерения можно проводить без повреждения образца.
Наиболее распространенным подходом является гиперспектральная визуализация или химическая визуализация , в которой тысячи спектров Рамана собираются по всему полю зрения, например, путем растрового сканирования сфокусированного лазерного луча через образец. [52] Данные могут использоваться для создания изображений, показывающих местоположение и количество различных компонентов. Наличие полной спектроскопической информации, доступной в каждой точке измерения, имеет то преимущество, что несколько компонентов могут быть отображены одновременно, включая химически схожие и даже полиморфные формы, которые нельзя различить, обнаруживая только одно волновое число. Кроме того, свойства материала, такие как напряжение и деформация , ориентация кристалла , кристалличность и включение посторонних ионов в кристаллические решетки (например, легирование , ряд твердых растворов ), могут быть определены с помощью гиперспектральных карт. [9] Если взять пример с культурой клеток, гиперспектральное изображение может показать распределение холестерина, а также белков, нуклеиновых кислот и жирных кислот. Можно использовать сложные методы обработки сигналов и изображений, чтобы игнорировать присутствие воды, культуральных сред, буферов и других помех.
Поскольку рамановский микроскоп является системой с дифракционным ограничением , его пространственное разрешение зависит от длины волны света, числовой апертуры фокусирующего элемента и — в случае конфокальной микроскопии — от диаметра конфокальной апертуры. При работе в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне рамановский микроскоп может достигать латерального разрешения приблизительно от 1 мкм до 250 нм в зависимости от длины волны и типа объектива (например, иммерсионные линзы воздух - вода или масло). Разрешение по глубине (если не ограничено оптической глубиной проникновения образца) может варьироваться от 1–6 мкм с наименьшей апертурой конфокального отверстия до десятков микрометров при работе без конфокального отверстия. [55] [56] [57] [50] В зависимости от образца высокая плотность мощности лазера из-за микроскопической фокусировки может иметь преимущество в виде улучшенного фотообесцвечивания молекул, испускающих интерферирующую флуоресценцию. Однако длину волны и мощность лазера необходимо тщательно выбирать для каждого типа образца, чтобы избежать его деградации.
Применение рамановской визуализации варьируется от материаловедения до биологических исследований. [50] [58] Для каждого типа образца параметры измерения должны быть индивидуально оптимизированы. По этой причине современные рамановские микроскопы часто оснащены несколькими лазерами, предлагающими разные длины волн, набором объективов и нейтральными фильтрами плотности для настройки мощности лазера, достигающей образца. Выбор длины волны лазера в основном зависит от оптических свойств образца и от цели исследования. [59] Например, рамановская микроскопия биологических и медицинских образцов часто выполняется с использованием возбуждения в красном или ближнем инфракрасном диапазоне (например, длина волны 785 нм или 1064 нм). Из-за типично низкой поглощательной способности биологических образцов в этом спектральном диапазоне снижается риск повреждения образца, а также автофлуоресцентного излучения, и может быть достигнута большая глубина проникновения в ткани. [60] [61] [62] [63] Однако интенсивность рамановского рассеяния на длинных волнах низкая (из-за зависимости интенсивности рамановского рассеяния от ω 4 ), что приводит к длительному времени сбора данных. С другой стороны, резонансная рамановская визуализация одноклеточных водорослей на 532 нм (зеленый) может специально исследовать распределение каротиноидов внутри клетки, используя низкую мощность лазера ~5 мкВт и время сбора данных всего 100 мс. [64]
Рамановское рассеяние, в частности Рамановская спектроскопия с усилением на кончике, позволяет получать гиперспектральные изображения высокого разрешения отдельных молекул, [65] атомов [66] и ДНК. [67]
Поляризационная зависимость комбинационного рассеяния света
Рамановское рассеяние чувствительно к поляризации и может предоставить подробную информацию о симметрии активных мод Рамана. В то время как традиционная Рамановская спектроскопия определяет химический состав, эффекты поляризации в Рамановских спектрах могут раскрыть информацию об ориентации молекул в монокристаллах и анизотропных материалах, например, деформированных пластиковых листах, а также о симметрии колебательных мод.
Поляризационно-зависимая спектроскопия Рамана использует (плоскость) поляризованного лазерного возбуждения от поляризатора . Собранный рассеянный свет Рамана пропускается через второй поляризатор (называемый анализатором) перед попаданием в детектор. Анализатор ориентирован либо параллельно, либо перпендикулярно поляризации лазера. Спектры, полученные с помощью анализатора, установленного как перпендикулярно, так и параллельно плоскости возбуждения, могут использоваться для расчета коэффициента деполяризации . Обычно между анализатором и детектором также размещается поляризационный скремблер . [ необходима цитата ] В поляризованной спектроскопии Рамана удобно описывать направления распространения и поляризации с помощью нотации Порто [68] , описанной и названной в честь бразильского физика Сержиу Перейры да Силвы Порто .
Для изотропных растворов комбинационное рассеяние от каждой моды либо сохраняет поляризацию лазера, либо становится частично или полностью деполяризованным. Если колебательная мода, участвующая в процессе комбинационного рассеяния, полностью симметрична, то поляризация комбинационного рассеяния будет такой же, как и у входящего лазерного луча. В случае, если колебательная мода не полностью симметрична, то поляризация будет потеряна (перемешана) частично или полностью, что называется деполяризацией. Следовательно, поляризованная рамановская спектроскопия может предоставить подробную информацию о метках симметрии колебательных мод.
В твердом состоянии поляризованная спектроскопия Рамана может быть полезна при изучении ориентированных образцов, таких как монокристаллы. Поляризуемость колебательной моды не одинакова вдоль и поперек связи. Поэтому интенсивность рассеяния Рамана будет разной, когда поляризация лазера вдоль и ортогональна определенной оси связи. Этот эффект может предоставить информацию об ориентации молекул в монокристалле или материале. Спектральная информация, полученная в результате этого анализа, часто используется для понимания макромолекулярной ориентации в кристаллических решетках, жидких кристаллах или полимерных образцах. [69]
Характеристика симметрии колебательного режима
Метод поляризации полезен для понимания связей между молекулярной симметрией , активностью Рамана и пиками в соответствующих спектрах Рамана. [70] Поляризованный в одном направлении свет дает доступ только к некоторым Рамановским активным модам, но вращение поляризации дает доступ к другим модам. Каждая мода разделяется в соответствии с ее симметрией. [71]
Симметрия колебательного режима выводится из коэффициента деполяризации ρ, который является отношением комбинационного рассеяния с поляризацией, ортогональной падающему лазеру, и комбинационного рассеяния с той же поляризацией, что и падающий лазер: Здесь - интенсивность комбинационного рассеяния, когда анализатор повернут на 90 градусов относительно оси поляризации падающего света, и интенсивность комбинационного рассеяния, когда анализатор совмещен с поляризацией падающего лазера. [72] Когда поляризованный свет взаимодействует с молекулой, он искажает молекулу, что вызывает равный и противоположный эффект в плоской волне, заставляя ее вращаться на разницу между ориентацией молекулы и углом поляризации световой волны. Если , то колебания на этой частоте деполяризованы ; это означает, что они не полностью симметричны. [73] [72]
Анализ профиля возбуждения Рамана
Правила отбора резонансного комбинационного рассеяния можно объяснить с помощью уравнения Крамерса-Гейзенберга-Дирака (KHD) с использованием членов Альбрехта A и B, как показано. [74] Выражение KHD удобно связывать с поляризуемостью молекулы в ее системе отсчета. [75]
Этот метод учитывает суммы по активным колебательным состояниям Франка-Кондона и дает представление об электронных спектрах поглощения и испускания . Тем не менее, работа подчеркивает недостаток метода сумм по состояниям, особенно для больших молекул, таких как видимые хромофоры , которые обычно изучаются в Рамановской спектроскопии. [75] Трудность возникает из-за потенциально бесконечного числа необходимых промежуточных шагов. В то время как снижение суммы на более высоких колебательных состояниях может помочь крошечным молекулам преодолеть эту проблему, более крупные молекулы находят ее более сложной, когда в сумме больше членов, особенно в конденсированной фазе, когда отдельные собственные состояния не могут быть разрешены спектрально. [75]
Чтобы преодолеть это, можно рассмотреть два заменяющих метода, которые не требуют добавления собственных состояний. Среди этих двух методов доступны: метод преобразования. [76] [77] [78] и зависящий от времени подход Хеллера. [79] [80] [81] [82] Цель обоих подходов — учесть зависящее от частоты рамановское сечение σ R (ω 0 ) конкретной нормальной моды. [75]
Варианты
Было разработано не менее 25 разновидностей спектроскопии Рамана. [10] Обычной целью является повышение чувствительности (например, поверхностно-усиленная Рамановская спектроскопия), улучшение пространственного разрешения (рамановская микроскопия) или получение очень специфической информации (резонансная Рамановская спектроскопия).
Спектроскопия спонтанного (или дальнего поля) комбинационного рассеяния
Такие термины, как спонтанная Рамановская спектроскопия или нормальная Рамановская спектроскопия, обобщают методы Рамановской спектроскопии, основанные на Рамановском рассеянии с использованием обычной оптики дальнего поля , как описано выше. Существуют варианты нормальной Рамановской спектроскопии в отношении геометрий возбуждения-детектирования, комбинации с другими методами, использования специальной (поляризующей) оптики и определенного выбора длин волн возбуждения для усиления резонанса.
Корреляционная рамановская визуализация . Рамановскую микроскопию можно комбинировать с дополнительными методами визуализации, такими как атомно-силовая микроскопия (рамановская АСМ) и сканирующая электронная микроскопия (рамановская СЭМ), чтобы сравнивать карты распределения комбинационного рассеяния с топографическими или морфологическими изображениями (или накладывать их на них), а также коррелировать рамановские спектры с дополнительной физической или химической информацией (например, полученной с помощью СЭМ- ЭДС ).
Резонансная спектроскопия Рамана – Длина волны возбуждения подбирается к электронному переходу молекулы или кристалла, так что колебательные моды, связанные с возбужденным электронным состоянием, значительно усиливаются. Это полезно для изучения больших молекул, таких как полипептиды , которые могут показывать сотни полос в «обычных» спектрах Рамана. Это также полезно для связывания нормальных мод с их наблюдаемыми сдвигами частоты. [84]
Рамановская спектроскопия с угловым разрешением – регистрируются не только стандартные результаты Рамана, но и угол относительно падающего лазера. Если ориентация образца известна, то подробную информацию о дисперсионном соотношении фононов можно также получить из одного теста. [85]
Рамановская спектроскопия с использованием оптического пинцета (OTRS) – используется для изучения отдельных частиц и даже биохимических процессов в отдельных клетках, захваченных оптическим пинцетом . [86] [87] [88]
Пространственно смещенная рамановская спектроскопия (SORS) – Рамановское рассеяние под затемняющей поверхностью получается путем масштабированного вычитания двух спектров, полученных в двух пространственно смещенных точках.
Рамановская оптическая активность (ROA) – измеряет колебательную оптическую активность посредством небольшой разницы в интенсивности рамановского рассеяния от хиральных молекул в падающем свете с правой и левой круговой поляризацией или, что эквивалентно, небольшой круговой поляризованной составляющей в рассеянном свете. [89]
Пропускающий рамановский спектроскоп – позволяет исследовать значительные объемы мутного материала, например, порошки, капсулы, живую ткань и т. д. Он был в значительной степени проигнорирован после исследований в конце 1960-х годов ( Шрадер и Бергманн, 1967) [90], но был вновь открыт в 2006 году как средство быстрого анализа фармацевтических лекарственных форм . [91] Существуют медицинские диагностические приложения, в частности, для обнаружения рака. [36] [92] [93]
Микрополостные подложки – Метод, который улучшает предел обнаружения обычных спектров Рамана с использованием микрорамана в микрополости, покрытой отражающим Au или Ag. Микрополость имеет радиус в несколько микрометров и усиливает весь сигнал Рамана, обеспечивая множественные возбуждения образца и связывая рассеянные вперед фотоны Рамана с собирающей оптикой в геометрии Рамана с обратным рассеянием. [94]
Stand-off remote Raman – В standoff Raman образец измеряется на расстоянии от спектрометра Рамана, обычно с использованием телескопа для сбора света. Дистанционная Рамановская спектроскопия была предложена в 1960-х годах [95] и изначально была разработана для измерения атмосферных газов. [96] В 1992 году метод был расширен Энджелом и др. для standoff Raman обнаружения опасных неорганических и органических соединений. [97]
Расширенная (или ближнепольная) спектроскопия Рамана
Усиление комбинационного рассеяния света достигается за счет локального усиления электрического поля за счет оптических эффектов ближнего поля (например, локализованных поверхностных плазмонов ).
Поверхностно-усиленная спектроскопия Рамана (SERS) – Обычно проводится в серебряном или золотом коллоиде или субстрате, содержащем серебро или золото. Поверхностные плазмоны серебра и золота возбуждаются лазером, что приводит к увеличению электрических полей, окружающих металл. Учитывая, что интенсивности Рамана пропорциональны электрическому полю, наблюдается большое увеличение измеряемого сигнала (до 10 11 ). Этот эффект первоначально наблюдал Мартин Флейшманн, но преобладающее объяснение было предложено Ван Дуйном в 1977 году. [99] Комплексная теория эффекта была дана Ломбарди и Бирке. [100]
Поверхностно-усиленная резонансная спектроскопия комбинационного рассеяния (SERRS) — сочетание методов SERS и резонансной спектроскопии комбинационного рассеяния, в котором для увеличения интенсивности комбинационного рассеяния используется близость к поверхности, а длина волны возбуждения соответствует максимальному поглощению анализируемой молекулы.
Рамановская спектроскопия с усилением наконечника (TERS) – TERS сочетает в себе химическую чувствительность SERS с высоким пространственным разрешением методов сканирующей зондовой микроскопии, что позволяет получать химические изображения поверхностей в нанометровом масштабе длины с высокой чувствительностью обнаружения. [101] Он использует металлический (обычно покрытый серебром/золотом АСМ или СТМ) наконечник для усиления рамановских сигналов молекул, расположенных поблизости. Пространственное разрешение приблизительно равно размеру вершины наконечника (20–30 нм). Было показано, что TERS имеет чувствительность вплоть до уровня отдельных молекул [102] [103] [104] [105] и имеет некоторые перспективы дляприложений биоанализа [106] и секвенирования ДНК. [67] TERS использовался для получения изображений нормальных колебательных мод отдельных молекул. [107]
Поверхностное плазмонное поляритонное усиленное рамановское рассеяние (SPPERS) – этот подход использует металлические конические наконечники без апертуры для возбуждения молекул в ближнем поле. Этот метод отличается от подхода TERS из-за присущей ему способности подавлять фоновое поле. Фактически, когда соответствующий лазерный источник падает на основание конуса, мода TM0 [108] (поляритонная мода) может быть создана локально, а именно вдали от пятна возбуждения (вершины наконечника). Мода может распространяться вдоль наконечника, не создавая никакого поля излучения вплоть до вершины наконечника, где она взаимодействует с молекулой. Таким образом, фокальная плоскость отделена от плоскости возбуждения на расстояние, заданное длиной наконечника, и никакой фон не играет никакой роли в рамановском возбуждении молекулы. [109] [110] [111] [112]
Нелинейная Рамановская спектроскопия
Улучшение сигнала Рамана достигается за счет нелинейных оптических эффектов, которые обычно реализуются путем смешивания двух или более длин волн, излучаемых пространственно и временно синхронизированными импульсными лазерами.
Гиперрамановское рассеяние – нелинейный эффект, при котором колебательные моды взаимодействуют со второй гармоникой возбуждающего пучка. Это требует очень высокой мощности, но позволяет наблюдать колебательные моды, которые обычно «молчат». Часто для повышения чувствительности используется усиление типа SERS. [113]
Вынужденная рамановская спектроскопия (SRS) – метод зондирования-накачки , в котором пространственно совпадающий двухцветный импульс (с поляризацией либо параллельной, либо перпендикулярной) переводит популяцию из основного состояния в колебательно-вращательное возбужденное состояние. Если разница в энергии соответствует разрешенному рамановскому переходу, рассеянный свет будет соответствовать потере или усилению в пучке накачки.
Морфологически направленная спектроскопия комбинационного рассеяния (MDRS) объединяет автоматизированную визуализацию частиц и микроспектроскопию комбинационного рассеяния в единую интегрированную платформу для обеспечения размера частиц, формы и химической идентификации. [114] [115] [116] Автоматизированная визуализация частиц определяет распределение размеров и формы частиц компонентов в смешанном образце на основе изображений отдельных частиц. [115] [116] Информация, полученная в результате автоматизированной визуализации частиц, затем используется для управления спектроскопическим анализом комбинационного рассеяния. [114] Аналитический процесс спектроскопии комбинационного рассеяния выполняется на случайно выбранном подмножестве частиц, что позволяет проводить химическую идентификацию множественных компонентов образца. [114] Десятки тысяч частиц могут быть отображены за считанные минуты с помощью метода MDRS, что делает этот процесс идеальным для судебно-медицинского анализа и расследования поддельных фармацевтических препаратов и последующих судебных решений. [115] [116]
^ Смекал, А. (1923). «Квантовая теория дисперсии». Die Naturwissenschaften . 11 (43): 873–875. Бибкод : 1923NW.....11..873S. дои : 10.1007/BF01576902. S2CID 20086350.
↑ Устное интервью по истории Калтеха, проведенное Джудит Р. Гудштейн , 4 февраля 1982 г.
^ Баттимелли, Джованни (декабрь 2002 г.). «Некролог: Франко Разетти». Физика сегодня . 55 (12): 76–78. Бибкод :2002ФТ....55л..76Б. дои : 10.1063/1.1537927 .
^ Плачек, Г (1934). «Рэлей-Стройунг и Рамановский эффект». Handbuch der Radiologie (на немецком языке). Том. 6, 2. Лейпциг: Akademische Verlagsgesellschaft . п. 209.
^ Хаммес, Гордон Г. (2005). Спектроскопия для биологических наук . Уайли. ISBN9780471733546. OCLC 850776164.
^ abc Томас Шмид; Петра Дариз (2019). «Рамановская микроспектроскопическая визуализация остатков связующего в исторических растворах выявляет условия обработки». Heritage . 2 (2): 1662–1683. doi : 10.3390/heritage2020102 . ISSN 2571-9408.
^ ab Long, Derek A. (2002). Эффект Рамана . John Wiley & Sons, Ltd. doi :10.1002/0470845767. ISBN978-0471490289.
^ abcdefg МакКрири, Ричард Л. (2000). Рамановская спектроскопия для химического анализа . Нью-Йорк: John Wiley & Sons. ISBN0471231878. OCLC 58463983.
^ ab Kukura, Philipp; McCamant, David W.; Mathies, Richard A. (2007). "Фемтосекундная стимулированная рамановская спектроскопия". Annual Review of Physical Chemistry . 58 (1): 461–488. Bibcode : 2007ARPC...58..461K. doi : 10.1146/annurev.physchem.58.032806.104456. ISSN 0066-426X. PMID 17105414.
^ Эллиотт, Анастасия Б.С.; Хорват, Рафаэль; Гордон, Кит К. (2012). «Вибрационная спектроскопия как зонд молекулярных устройств». Chem. Soc. Rev. 41 ( 5): 1929–1946. doi :10.1039/C1CS15208D. ISSN 0306-0012. PMID 22008975.
^ Ефремов, Эвтим В.; Буйс, Йост Б.; Гойер, Сис; Ариес, Фрик (2007). «Отклонение флуоресценции в резонансной рамановской спектроскопии с использованием пикосекундной камеры с усиленной зарядовой связью». Прикладная спектроскопия . 61 (6): 571–578. Bibcode : 2007ApSpe..61..571E. doi : 10.1366/000370207781269873. ISSN 0003-7028. PMID 17650366. S2CID 45754275.
^ "Калькулятор дисперсии/разрешения решетки". princetoninstruments.com . Получено 22 июля 2019 г.
^ Гордон, Джеффри PS Смит Грегори С. Хафф Кит К. (февраль 2016 г.). «Исследование кристалличности с использованием низкочастотной рамановской спектроскопии: применение в фармацевтическом анализе». Спектроскопия . Спектроскопия-02-01-2016. 31 (2): 42–50 . Получено 21 июля 2019 г. .
^ ОБЛАСТЬ ОТПЕЧАТКОВ ПАЛЬЦЕВ ИНФРАКРАСНОГО СПЕКТРА Chemguide, Джим Кларк 2000
^ Ханна, Р. К. (1981). «Раман-спектроскопия олигомерных видов SiO, выделенных в твердом метане». Журнал химической физики . 74 (4): 2108. Bibcode : 1981JChPh..74.2108K. doi : 10.1063/1.441393. hdl : 2060/19800020960 .
^ "FDA одобряет препарат Cayston от Gilead для лечения муковисцидоза". BusinessWeek . 23 февраля 2010 г. Архивировано из оригинала 1 марта 2010 г. Получено 05.03.2010 г.
^ Чжоу, Куо-Чен; Чэнь, Нянь-И (1977). «Биологические функции низкочастотных фононов». Scientia Sinica . 20 (3): 447–457.
^ Урабе, Х.; Томинага, И.; Кубота, К. (1983). «Экспериментальное доказательство коллективных колебаний в спектроскопии Рамана двойной спирали ДНК». Журнал химической физики . 78 (10): 5937–5939. Bibcode : 1983JChPh..78.5937U. doi : 10.1063/1.444600.
^ Urabe, H.; Sugawara, Y.; Ataka, M.; Rupprecht, A. (1998). "Низкочастотные спектры комбинационного рассеяния кристаллов лизоцима и ориентированных пленок ДНК: динамика кристаллической воды". Biophys J . 74 (3): 1533–1540. Bibcode :1998BpJ....74.1533U. doi :10.1016/s0006-3495(98)77865-8. PMC 1299499 . PMID 9512049.
^ Chou, Kuo-Chen (1988). «Обзор: Низкочастотное коллективное движение в биомакромолекулах и его биологические функции». Biophysical Chemistry . 30 (1): 3–48. doi :10.1016/0301-4622(88)85002-6. PMID 3046672.
^ Chou, KC (1989). «Низкочастотный резонанс и кооперативность гемоглобина». Trends in Biochemical Sciences . 14 (6): 212–3. doi :10.1016/0968-0004(89)90026-1. PMID 2763333.
^ Шлюккер, С.; и др. (2011). «Проектирование и синтез репортерных молекул Рамана для визуализации тканей с помощью иммуно-SERS-микроскопии». Журнал биофотоники . 4 (6): 453–463. doi : 10.1002/jbio.201000116 . PMID 21298811. S2CID 26964040.
^ Джейн, Р.; и др. (2014). «Рамановская спектроскопия позволяет неинвазивно характеризовать биохимические процессы и идентифицировать стадию заживления раны». Аналитическая химия . 86 (8): 3764–3772. doi :10.1021/ac500513t. PMC 4004186. PMID 24559115 .
^ "Поддельные наркотики пойманы внутри пачки". BBC News . 2007-01-31 . Получено 2008-12-08 .
^ Батлер, Холли Дж.; Эштон, Лорна; Берд, Бенджамин; Синк, Джанфеличе; Кертис, Келли; Дорни, Дженнифер; Эсмонд-Уайт, Карен; Фуллвуд, Найджел Дж.; Гарднер, Бенджамин; Мартин-Хирш, Пьер Л.; Уолш, Майкл Дж.; Макэйнш, Мартин Р.; Стоун, Николас; Мартин, Фрэнсис Л. (2016). «Использование спектроскопии Рамана для характеристики биологических материалов». Nature Protocols . 11 (4): 664–687. doi :10.1038/nprot.2016.036. PMID 26963630. S2CID 12315122. Получено 22.05.2017 .
^ Тейлор, PD; Винн, O.; Кудрявцев, A.; Шопф, JW (2010). "Рамановское спектроскопическое исследование минерального состава трубок цирратулид (Annelida, Polychaeta)". Журнал структурной биологии . 171 (3): 402–405. doi :10.1016/j.jsb.2010.05.010. PMID 20566380. Получено 10 июня 2014 г.
^ Бен Фогель (29 августа 2008 г.). «Рамановская спектроскопия хорошо подходит для обнаружения взрывчатых веществ на расстоянии». Jane's. Архивировано из оригинала 2008-12-03 . Получено 2008-08-29 .
^ ab Misra, Anupam K.; Sharma, Shiv K.; Acosta, Tayro E.; Porter, John N.; et al. (2012). "Одиночное импульсное рамановское обнаружение химических веществ с расстояния 120 м в дневное время". Applied Spectroscopy . 66 (11): 1279–85. Bibcode :2012ApSpe..66.1279M. doi :10.1366/12-06617. PMID 23146183. S2CID 44935369.
^ "Рабочие группы | raman4clinics.eu". raman4clinics.eu . Получено 2017-05-22 .
^ аб Грау-Люк, Энрик; Анефнаф, Икрам; Бенхадду, Нада; Фонолл-Рубио, Роберт; Бесериль-Ромеро, Игнасио; Аазу, Сафае; Сауседо, Эдгардо; Секкат, Зухейр; Перес-Родригес, Алехандро; Искьердо-Рока, Виктор; Гук, Максим (2021). «Комбинаторные подходы и подходы машинного обучения к анализу Cu2ZnGeSe4: влияние нестехиометрии на образование дефектов и характеристики солнечных элементов». Журнал химии материалов А. 9 (16): 10466–10476. дои : 10.1039/D1TA01299A. HDL : 2117/356118 .
^ Фонолл-Рубио, Роберт; Паэтель, Стефан; Грау-Луке, Энрик; Бесерриль-Ромеро, Игнасио; Майер, Рафаэль; Перес-Родригес, Алехандро; Гук, Максим; Искьердо-Рока, Виктор (февраль 2022 г.). «Взгляд на эффекты обработки RbF после осаждения на поверхности абсорбера высокоэффективных солнечных элементов Cu(In,Ga)Se2 и разработка аналитических и машинных обучающих методов мониторинга процессов на основе комбинаторного анализа». Advanced Energy Materials . 12 (8). doi :10.1002/aenm.202103163.
^ Droz, C; Vallat-Sauvain, E; Bailat, J; Feitknecht, L; Meier, J; Shah, A (25 января 2004 г.). «Взаимосвязь между рамановской кристалличностью и напряжением холостого хода в микрокристаллических кремниевых солнечных элементах». Solar Energy Materials and Solar Cells . 81 (1): 61–71. doi :10.1016/j.solmat.2003.07.004.
^ Пистор, Пол; Руис, Алехандро; Кабот, Андреу; Искьердо-Рока, Виктор (27 октября 2016 г.). «Усовершенствованная рамановская спектроскопия метиламмоний свинцового иодида: разработка неразрушающей методологии характеризации». Scientific Reports . 6 (1): 35973. doi :10.1038/srep35973. PMC 5081518 .
^ Хауэлл GM Эдвардс, Джон М. Чалмерс, Рамановская спектроскопия в археологии и истории искусств, Королевское химическое общество, 2005
^ Макканн, Лоуэлл И.; Трентельман, К.; Поссли, Т.; Голдинг, Б. (1999). «Коррозия древних китайских бронзовых денежных деревьев, изученная с помощью рамановской микроскопии». Журнал рамановской спектроскопии . 30 (2): 121–132. Bibcode :1999JRSp...30..121M. doi :10.1002/(SICI)1097-4555(199902)30:2<121::AID-JRS355>3.0.CO;2-L. ISSN 1097-4555.
^ Трентельман, Карен; Тернер, Нэнси (2009). «Исследование материалов и методов живописи художника-иллюминатора рукописей конца XV века Жана Бурдишона». Журнал Рамановской спектроскопии . 40 (5): 577–584. Bibcode : 2009JRSp...40..577T. doi : 10.1002/jrs.2186. ISSN 1097-4555.
^ Рамановская спектроскопия в ColourLex
^ Дариз, Петра; Шмид, Томас (2021). «Следовые соединения в раннесредневековом египетском синем несут информацию о происхождении, производстве, применении и старении». Scientific Reports . 11 (11296): 11296. Bibcode :2021NatSR..1111296D. doi :10.1038/s41598-021-90759-6. PMC 8163881 . PMID 34050218.
↑ Куинн, Имон (28 мая 2007 г.) Ирландская классика по-прежнему пользуется успехом (в переплете из телячьей кожи, а не в мягкой обложке). New York Times
^ Кандейас, Антонио; Мадариага, Хуан Мануэль (2019). «Применение спектроскопии Рамана в искусстве и археологии». Журнал спектроскопии Рамана . 50 (2): 137–142. doi : 10.1002/jrs.5571 . ISSN 1097-4555.
^ abc Лотар Опилик; Томас Шмид; Ренато Зеноби (2013). «Современная рамановская визуализация: колебательная спектроскопия на микрометровых и нанометровых масштабах». Annual Review of Analytical Chemistry . 6 : 379–398. Bibcode :2013ARAC....6..379O. doi :10.1146/annurev-anchem-062012-092646. ISSN 1936-1335. PMID 23772660.
^ Marcet, S.; Verhaegen, M.; Blais-Ouellette, S.; Martel, R. (2012). Kieffer, Jean-Claude (ред.). "Raman Spectroscopy hyperspectral imager based on Bragg Tunable Filters". SPIE Photonics North . Photonics North 2012. 8412 : 84121J. Bibcode :2012SPIE.8412E..1JM. doi :10.1117/12.2000479. S2CID 119859405.
^ ab Sebastian Schlücker; Michael D. Schaeberle; Scott W. Huffman; Ira W. Levin (2003). "Рамановская микроспектроскопия: сравнение точечных, линейных и широкопольных методов визуализации". Аналитическая химия . 75 (16): 4312–4318. doi :10.1021/ac034169h. ISSN 1520-6882. PMID 14632151.
^ Робин В. Хавенер и др. (декабрь 2011 г.). «Высокопроизводительная визуализация графена на произвольных подложках с помощью широкопольной рамановской спектроскопии». ACS Nano . 6 (1): 373–80. doi :10.1021/nn2037169. PMID 22206260.
^ Gaufrès, E.; Tang, NY-Wa; Lapointe, F.; Cabana, J.; Nadon, M.-A.; Cottenye, N.; Raymond, F.; Szkopek, T.; Martel, R. (2014). «Гигантское комбинационное рассеяние от J-агрегированных красителей внутри углеродных нанотрубок для многоспектральной визуализации». Nature Photonics . 8 (1): 72–78. Bibcode :2014NaPho...8...72G. doi :10.1038/nphoton.2013.309. S2CID 120426939.
^ Топорски, Ян; Дайинг, Томас; Холлрихер, Олаф, ред. (2018). Конфокальная Рамановская Микроскопия. Серия Springer по Наукам о Поверхности. Том 66. Springer. Bibcode :2018crm..book.....T. doi :10.1007/978-3-319-75380-5. ISBN978-3-319-75378-2. ISSN 0931-5195.
^ Дополнительная информация Архивировано 03.07.2019 в Wayback Machine Т. Шмида ; Н. Шефера; С. Левченко; Т. Риссома; Д. Абу-Раса (2015). "Картирование распределения ориентации поликристаллических материалов с помощью рамановской микроспектроскопии". Scientific Reports . 5 : 18410. Bibcode :2015NatSR...518410S. doi :10.1038/srep18410. ISSN 2045-2322. PMC 4682063 . PMID 26673970.
^ Эллис DI; Гудакр R (август 2006 г.). «Метаболическая дактилоскопия в диагностике заболеваний: биомедицинское применение инфракрасной и рамановской спектроскопии». Аналитик . 131 (8): 875–85. Bibcode : 2006Ana...131..875E. doi : 10.1039/b602376m. PMID 17028718. S2CID 9748788.
^ Дэвид Тушель (2016). «Выбор длины волны возбуждения для спектроскопии комбинационного рассеяния». Spectroscopy Online . 31 (3): 14–23.
^ K. Christian Schuster; Ingo Reese; Eva Urlaub; J. Richard Gapes; Bernhard Lendl (2000). «Многомерная информация о химическом составе отдельных бактериальных клеток с помощью конфокальной рамановской микроспектроскопии». Аналитическая химия . 72 (22): 5529–5534. doi :10.1021/ac000718x. ISSN 1520-6882. PMID 11101227.
^ Шань Янг; Озан Аккус; Дэвид Кризи (2017). «1064-нм Раман: правильный выбор для биологических образцов?». Spectroscopy Online . 32 (6): 46–54.
^ Питер Дж. Касперс; Хайо А. Брюнинг; Гервин Дж. Пуппельс; Джеральд В. Лукассен; Элизабет А. Картер (2001). «Конфокальная рамановская микроспектроскопия кожи in vivo: неинвазивное определение профилей молекулярной концентрации». Журнал исследовательской дерматологии . 116 (3): 434–442. doi : 10.1046/j.1523-1747.2001.01258.x. hdl : 1765/10881 . ISSN 0022-202X. PMID 11231318.
^ Павел Л. Урбан; Томас Шмид; Андреа Амантонико; Ренато Зеноби (2011). «Многомерный анализ отдельных клеток водорослей путем интеграции микроспектроскопии с масс-спектрометрией». Аналитическая химия . 83 (5): 1843–1849. doi :10.1021/ac102702m. ISSN 1520-6882. PMID 21299196.
^ Апкариан, В. Ара; Николас Талларида; Крэмптон, Кевин Т.; Ли, Джунхи (апрель 2019 г.). «Визуализация нормальных колебательных мод одиночной молекулы с помощью атомарно ограниченного света». Nature . 568 (7750): 78–82. Bibcode :2019Natur.568...78L. doi :10.1038/s41586-019-1059-9. ISSN 1476-4687. PMID 30944493. S2CID 92998248.
^ Крэмптон, Кевин Т.; Ли, Джунхи; Апкариан, В. Ара (2019-06-25). «Ионно-селективное, атомно-разрешенное изображение двумерного изолятора Cu2N: рамановская спектроскопия с усилением поля и тока, управляемая зондом с использованием наконечника с концевым молекулярным наконечником». ACS Nano . 13 (6): 6363–6371. doi :10.1021/acsnano.9b02744. ISSN 1936-0851. PMID 31046235. S2CID 143433439.
^ ab He, Zhe; Han, Zehua; Kizer, Megan; Linhardt, Robert J.; Wang, Xing; Sinyukov, Alexander M.; Wang, Jizhou; Deckert, Volker; Sokolov, Alexei V. (2019-01-16). "Tip-Enhanced Raman Imaging of Single-Stranded DNA with Single Base Resolution". Журнал Американского химического общества . 141 (2): 753–757. doi :10.1021/jacs.8b11506. ISSN 0002-7863. PMID 30586988. S2CID 58552541.
^ Ханна, Р. К. (1957). «Доказательства ионного спаривания в поляризованных спектрах Рамана монокристалла KI, легированного Ba2+ —CrO42». Журнал Рамановской спектроскопии . 4 ( 1 ): 25–30. Bibcode : 1975JRSp....4...25G. doi : 10.1002/jrs.1250040104.
^ Itoh, Yuki; Hasegawa, Takeshi (2 мая 2012 г.). «Поляризационная зависимость рамановского рассеяния от тонкой пленки, включающей оптическую анизотропию, теоретически обоснованная для анализа молекулярной ориентации». Журнал физической химии A. 116 ( 23): 5560–5570. Bibcode : 2012JPCA..116.5560I. doi : 10.1021/jp301070a. PMID 22551093.
^ Илиев, М.Н.; Абрашев, М.В.; Лавердьер, Дж.; Джанди, С.; и др. (16 февраля 2006 г.). "Зависящие от искажения спектры Рамана и смешивание мод в перовскитах RMnO 3 (R=La,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Y)". Physical Review B . 73 (6): 064302. Bibcode :2006PhRvB..73f4302I. doi :10.1103/physrevb.73.064302. S2CID 117290748.
^ ab Banwell, Colin N.; McCash, Elaine M. (1994). Основы молекулярной спектроскопии (4-е изд.). McGraw–Hill. стр. 117–18. ISBN978-0-07-707976-5.
^ "Что такое поляризованная рамановская спектроскопия? - HORIBA". horiba.com .
^ Альбрехт, Андреас К. (1961-05-01). «О теории интенсивностей Рамана». Журнал химической физики . 34 (5): 1476–1484. doi :10.1063/1.1701032. ISSN 0021-9606.
^ abcdefg Макхейл, Джин Л. (6 июля 2017 г.). «Молекулярная спектроскопия». дои : 10.1201/9781315115214.{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
^ Хижняков, В.В.; Техвер, И.Дж. (март 1980 г.). «Резонансный профиль комбинационного рассеяния с учетом квадратичной вибронной связи». Optics Communications . 32 (3): 419–421. doi :10.1016/0030-4018(80)90274-6. ISSN 0030-4018.
^ Шрив, Эндрю П.; Хароз, Эрик Х.; Бачило, Сергей М.; Вайсман, Р. Брюс; Третьяк, Сергей; Килина, Светлана; Дорн, Стивен К. (19.01.2007). "Определение элементов связи экситон-фонон в однослойных углеродных нанотрубках методом анализа обертонов комбинационного рассеяния". Physical Review Letters . 98 (3). doi :10.1103/physrevlett.98.037405. ISSN 0031-9007.
^ Blazej, Daniel C.; Peticolas, Warner L. (1980-03-01). "Профили возбуждения пиримидиновых нуклеотидов с помощью ультрафиолетового резонанса Рамана". Журнал химической физики . 72 (5): 3134–3142. doi :10.1063/1.439547. ISSN 0021-9606.
^ Ли, Су-Й.; Хеллер, Э.Дж. (1979-12-15). «Теория комбинационного рассеяния света, зависящая от времени». Журнал химической физики . 71 (12): 4777–4788. doi :10.1063/1.438316. ISSN 0021-9606.
^ Хеллер, Эрик Дж.; Сандберг, Роберт; Таннор, Дэвид (май 1982 г.). «Простые аспекты комбинационного рассеяния». Журнал физической химии . 86 (10): 1822–1833. doi :10.1021/j100207a018. ISSN 0022-3654.
^ Хеллер, Эрик Дж. (1981-12-01). «Полуклассический путь к молекулярной спектроскопии». Accounts of Chemical Research . 14 (12): 368–375. doi :10.1021/ar00072a002. ISSN 0001-4842.
^ Таннор, Дэвид Дж.; Хеллер, Эрик Дж. (1982-07-01). «Многоатомное комбинационное рассеяние для общих гармонических потенциалов». Журнал химической физики . 77 (1): 202–218. doi :10.1063/1.443643. ISSN 0021-9606.
^ Ли, Сюфань; Линь, Мин-Вэй; Пурецкий, Александр А.; Идробо, Хуан С.; Ма, Чэн; Чи, Мяофан; Юн, Мина; Руло, Кристофер М.; Кравченко, Иван И.; Геохеган, Дэвид Б.; Сяо, Кай (2014). "Контролируемый рост паровой фазы монокристаллических двумерных кристаллов Ga Se с высоким фотоответом". Scientific Reports . 4 : 5497. Bibcode :2014NatSR...4E5497L. doi :10.1038/srep05497. PMC 4074793 . PMID 24975226.
^ Чао RS; Ханна RK; Липпинкотт ER (1974). «Теоретические и экспериментальные интенсивности резонансного Рамана для иона манганата». Журнал Рамановской спектроскопии . 3 (2–3): 121–131. Bibcode : 1975JRSp....3..121C. doi : 10.1002/jrs.1250030203.
^ Zachary J. Smith & Andrew J. Berger (2008). "Интегрированная микроскопия комбинационного рассеяния и углового рассеяния" (PDF) . Opt. Lett . 3 (7): 714–716. Bibcode :2008OptL...33..714S. CiteSeerX 10.1.1.688.8581 . doi :10.1364/OL.33.000714. PMID 18382527. Архивировано из оригинала (PDF) 24.02.2021 . Получено 01.11.2017 .
^ Ли, Юн-цин; Уильям Ли; Лин, Линь; Лин, Донг-сюн; У, Му-ин (2017-02-17). "Стабильное оптическое улавливание и чувствительная характеристика наноструктур с использованием пинцета Рамана со стоячей волной". Scientific Reports . 7 : 42930. Bibcode :2017NatSR...742930W. doi :10.1038/srep42930. ISSN 2045-2322. PMC 5314326 . PMID 28211526.
^ Эсат, Кыванч; Дэвид, Грегори; Теодорос, Пулкас; Шейн, Михаил; Рут, Синьорелл (2018). «Динамика фазового перехода отдельных оптически захваченных водных частиц карбоната калия». Phys. Chem. Chem. Phys . 20 (17): 11598–11607. Bibcode :2018PCCP...2011598E. doi :10.1039/c8cp00599k. hdl : 20.500.11850/268286 . PMID 29651474.
^ Чжиюн, Гонг; Юн-Ле, Пан; Горден, Видин; Чуджи, Ван (2018). «Оптическая ловушка-рамановская спектроскопия (OT-RS) со встроенной микроскопической визуализацией для одновременной характеристики и мониторинга физических и химических свойств отдельных частиц». Anal. Chim. Acta . 1020 : 86–94. doi : 10.1016/j.aca.2018.02.062 . PMID 29655431. S2CID 4886846.
^ Barron LD; Hecht L; McColl IH; Blanch EW (2004). «Оптическая активность Рамана достигает зрелости». Mol. Phys . 102 (8): 731–744. Bibcode : 2004MolPh.102..731B. doi : 10.1080/00268970410001704399. S2CID 51739558.
^ Matousek, P.; Parker, AW (2006). «Оптовый рамановский анализ фармацевтических таблеток». Прикладная спектроскопия . 60 (12): 1353–1357. Bibcode : 2006ApSpe..60.1353M. doi : 10.1366/000370206779321463. PMID 17217583. S2CID 32218439.
^ Matousek, P.; Stone, N. (2007). «Перспективы диагностики рака молочной железы путем неинвазивного зондирования кальцификаций с использованием трансмиссионной рамановской спектроскопии». Журнал биомедицинской оптики . 12 (2): 024008. Bibcode : 2007JBO....12b4008M. doi : 10.1117/1.2718934 . PMID 17477723. S2CID 44498295.
^ Камемото, Лори Э.; Мисра, Анупам К.; Шарма, Шив К.; Гудман, Хью Лук; и др. (4 декабря 2009 г.). «Ближняя инфракрасная микрорамановская спектроскопия для обнаружения рака шейки матки in vitro». Прикладная спектроскопия . 64 (3): 255–61. Bibcode : 2010ApSpe..64..255K. doi : 10.1366/000370210790918364. PMC 2880181. PMID 20223058 .
^ Misra, Anupam K.; Sharma, Shiv K.; Kamemoto, Lori; Zinin, Pavel V.; et al. (8 декабря 2008 г.). «Новые подложки с микрополостями для улучшения сигнала Рамана из материалов субмикрометрового размера». Applied Spectroscopy . 63 (3): 373–7. Bibcode :2009ApSpe..63..373M. doi :10.1366/000370209787598988. PMID 19281655. S2CID 9746377.
^ Куни, Дж. (1965). «Международный симпозиум по электромагнитному зондированию Земли со спутников». Бюллетень Американского метеорологического общества . 46 (10): 683–684. Bibcode :1965BAMS...46..683.. doi : 10.1175/1520-0477-46.10.683 .
^ Леонард, Дональд А. (1967). «Наблюдение комбинационного рассеяния в атмосфере с использованием импульсного азотного ультрафиолетового лазера». Nature . 216 (5111): 142–143. Bibcode :1967Natur.216..142L. doi :10.1038/216142a0. S2CID 4290339.
^ Vess, Thomas M.; Kulp, Thomas J.; Angel, SM (1992-07-01). "Удаленная Рамановская спектроскопия на средних диапазонах с использованием маломощных непрерывных лазеров". Прикладная спектроскопия . 46 (7): 1085–1091. Bibcode : 1992ApSpe..46.1085A. doi : 10.1366/0003702924124132. S2CID 95937544.
^ Шульке, В. (2007). Динамика электронов, изученная методом неупругого рассеяния рентгеновских лучей . Oxford University Press .
^ Jeanmaire DL; van Duyne RP (1977). «Рамановская электрохимия поверхности, часть I. Гетероциклические, ароматические и алифатические амины, адсорбированные на анодированном серебряном электроде». Журнал электроаналитической химии . 84 : 1–20. doi :10.1016/S0022-0728(77)80224-6.
^ Lombardi JR; Birke RL (2008). «Унифицированный подход к поверхностно-усиленной Рамановской спектроскопии». Журнал физической химии C. 112 ( 14): 5605–5617. doi :10.1021/jp800167v.
^ Ши, Сиань; Кока-Лопес, Николас; Яник, Юлия; Харчух, Ахим (17 февраля 2017 г.). «Достижения в области ближнепольной рамановской микроскопии с улучшенным наконечником с использованием наноантенн». Химические обзоры . 117 (7): 4945–4960. doi : 10.1021/acs.chemrev.6b00640. ISSN 0009-2665. ПМИД 28212025.
^ Хоу, JG; Ян, Дж.Л.; Луо, Ю.; Айзпуруа, Дж.; Ю. Ляо; Чжан, Л.; Чен, LG; Чжан, К.; Цзян, С. (июнь 2013 г.). «Химическое картирование одной молекулы с помощью плазмонно-усиленного комбинационного рассеяния света». Природа . 498 (7452): 82–86. Бибкод : 2013Natur.498...82Z. дои : 10.1038/nature12151. ISSN 1476-4687. PMID 23739426. S2CID 205233946.
^ Ли, Джунхи; Талларида, Николас; Чэнь, Син; Лю, Пэнчонг; Дженсен, Лассе; Апкариан, Варткесс Ара (2017-10-12). «Усиленная наконечником Рамановская спектроскопия Co(II)-тетрафенилпорфирина на Au(111): к микроскопу химиков». ACS Nano . 11 (11): 11466–11474. doi : 10.1021/acsnano.7b06183 . ISSN 1936-0851. PMID 28976729.
^ Талларида, Николас; Ли, Джунхи; Апкариан, Варткесс Ара (2017-10-09). «Усиленная наконечником Рамановская спектроскопия в шкале Ангстрема: голые и CO-терминированные наконечники Ag». ACS Nano . 11 (11): 11393–11401. doi : 10.1021/acsnano.7b06022 . ISSN 1936-0851. PMID 28980800.
^ Ли, Джунхи; Талларида, Николас; Чен, Син; Дженсен, Лассе; Апкариан, В. Ара (июнь 2018 г.). «Микроскопия с помощью сканирующего электрометра для одной молекулы». Science Advances . 4 (6): eaat5472. Bibcode :2018SciA....4.5472L. doi :10.1126/sciadv.aat5472. ISSN 2375-2548. PMC 6025905 . PMID 29963637.
^ Hermann, P; Hermeling, A; Lausch, V; Holland, G; Möller, L; Bannert, N; Naumann, D (2011). «Оценка спектроскопии Рамана с усилением наконечника для характеристики различных штаммов вирусов». Analyst . 136 (2): 1148–1152. Bibcode :2011Ana...136.1148H. doi :10.1039/C0AN00531B. PMID 21270980.
^ Ли, Джунхи; Крэмптон, Кевин Т.; Талларида, Николас; Апкарян, В. Ара (апрель 2019 г.). «Визуализация нормальных колебательных мод одиночной молекулы с помощью атомарно ограниченного света». Nature . 568 (7750): 78–82. Bibcode :2019Natur.568...78L. doi :10.1038/s41586-019-1059-9. ISSN 0028-0836. PMID 30944493. S2CID 92998248.
^ Новотны, Л.; Хафнер, К. (1994). «Распространение света в цилиндрическом волноводе со сложной металлической диэлектрической функцией». Physical Review E. 50 ( 5): 4094–4106. Bibcode : 1994PhRvE..50.4094N. doi : 10.1103/PhysRevE.50.4094. PMID 9962466.
^ De Angelis, F; Das, G; Candeloro, P; Patrini, M; et al. (2010). «Наномасштабное химическое картирование с использованием трехмерного адиабатического сжатия поверхностных плазмонных поляритонов». Nature Nanotechnology . 5 (1): 67–72. Bibcode : 2010NatNa...5...67D. doi : 10.1038/nnano.2009.348. PMID 19935647.
^ De Angelis, F; Proietti Zaccaria, R; Francardi, M; Liberale, C; et al. (2011). «Многосхемный подход для эффективной генерации поверхностных плазмон-поляритонов в металлических конических наконечниках на кантилеверах на основе АСМ». Optics Express . 19 (22): 22268–79. Bibcode : 2011OExpr..1922268D. doi : 10.1364/OE.19.022268 . PMID 22109069.
^ Proietti Zaccaria, R; Alabastri, A; De Angelis, F; Das, G; et al. (2012). «Полностью аналитическое описание адиабатического сжатия в диссипативных поляритонных структурах». Physical Review B. 86 ( 3): 035410. Bibcode : 2012PhRvB..86c5410P. doi : 10.1103/PhysRevB.86.035410.
^ Proietti Zaccaria, R; De Angelis, F; Toma, A; Razzari, L; et al. (2012). «Сжатие поляритона поверхностного плазмона через радиально и линейно поляризованный источник». Optics Letters . 37 (4): 545–7. Bibcode : 2012OptL...37..545Z. doi : 10.1364/OL.37.000545. PMID 22344101.
^ Kneipp K; et al. (1999). "Усиленное поверхностью нелинейное комбинационное рассеяние на уровне одиночной молекулы". Chem. Phys . 247 (1): 155–162. Bibcode :1999CP....247..155K. doi :10.1016/S0301-0104(99)00165-2.
^ abc "Введение в морфологически направленную Рамановскую спектроскопию: мощный инструмент для обнаружения поддельных лекарств". Контроль качества . Manufacturing Chemist. Октябрь 2016 г.
^ abc "Морфологически направленный спектроскопический анализ рамановских образцов" (PDF) . Spectroscopy Onlinet . Январь 2018 г.
Дальнейшее чтение
Ванденабили, Питер (2013). Практическая рамановская спектроскопия: Введение. Уайли. ISBN 978-0470683194. Архивировано из оригинала 2019-04-27 . Получено 2019-04-27 .
Внешние ссылки
На Викискладе есть медиафайлы по теме Рамановская спектроскопия .
Пакет учебных материалов DoITPoMS – Рамановская спектроскопия – введение в Рамановскую спектроскопию, предназначенное для студентов бакалавриата.
Рамановская спектроскопия в анализе картин, ColourLex
База данных групп пользователей инфракрасного и рамановского спектрометров, IRUG