Espectroscopia Raman mejorada de superficie (SERS) ha atraído una atención significativa en los últimos años debido al creciente interés en la detección de nivel de trazas en el campo para aplicaciones tales como seguridad ambiental, seguridad alimentaria y seguridad nacional. El número mundial de publicaciones SERS ha saltado de aproximadamente 3000 a 25 000 entre los años 2000 y 2011[1]. El desarrollo de la tecnología SERS está siendo impulsado por la necesidad de superar la barrera técnica del límite de detección inferior con la espectroscopia Raman, así como la necesidad de detección a nivel de trazas de compuestos explosivos, residuos químicos y diagnósticos biomédicos.
Se cree ampliamente que los mecanismos de mejora de la superficie son principalmente el resultado de resonancias electromagnéticas entre las oscilaciones colectivas de los plasmones en las partículas metálicas y el campo óptico incidente o la mejora química a través del aumento de la polarización de la molécula después del acoplamiento con la superficie del metal.2]. Con los avances en nanotecnología, la tecnología SERS ha entrado en una era en la que los chips SERS se fabrican con nanoestructuras altamente controladas sobre un sustrato que utiliza metales como el oro o la plata. Otro tipo de SERS está basado en soluciones que utiliza soluciones coloidales de partículas de plata u oro.
Para los desarrolladores de SERS o los usuarios finales de SERS que estén interesados en una aplicación SERS específica, la pieza central de su plataforma experimental o tecnológica debe ser una configuración Raman que brinde un rendimiento de laboratorio confiable y que sea asequible y portátil, lo que les permite abordar problemas del mundo real. La nueva generación de espectrómetros Raman portátiles dispersivos ha llevado a SERS un paso más cerca de las aplicaciones del mundo real. Debido a la pequeña área del sustrato SERS (~5x5 mm2) donde se deposita una pequeña gota de solución de muestra, un láser preciso que se enfoque en la superficie es un requisito esencial para la instrumentación Raman. Si bien los sistemas Raman microscópicos de sobremesa cumplen con este requisito, el hecho de que dichos instrumentos no se puedan mover impide que los desarrolladores de SERS transfieran sus tecnologías a entornos como líneas de producción, pruebas de campo o ubicaciones de diagnóstico donde se pretende llevar a cabo el análisis SERS. El alto costo de un micro-Raman de sobremesa también limita la adopción de SERS para aplicaciones del mundo real.
La Tek B&N i-Raman Plus sistema Raman portátil junto con un BAC151 El accesorio de muestreo de videomicroscopio dentro de un gabinete BAC152 láser Clase 1 es una configuración ideal para el análisis SERS. Para SERS basados en solución, si la medición se realiza directamente a través del vial de solución, el BCR100A El portacubetas Raman se puede utilizar con el i-Raman Plus.
Alta relación señal/ruido para el mejor límite de detección
El B&W Tek i-Raman Plus cuenta con un detector CCD de adelgazamiento posterior con enfriamiento TE a -2 °C. En comparación con un CCD convencional con iluminación frontal con una eficiencia cuántica del 50 %, la eficiencia cuántica del CCD de reducción posterior puede alcanzar hasta el 90 %. Debido a la baja eficiencia del fenómeno Raman (10-8), es importante que el ruido electrónico de los detectores CCD se encuentre en niveles muy bajos en relación con la señal Raman. El enfriamiento TE del dispositivo CCD reduce efectivamente el ruido: el ruido oscuro se reduce a la mitad por cada 7 °C de disminución en la temperatura del dispositivo. El detector refrigerado del i-Raman Plus permite largos tiempos de integración de hasta 30 minutos. Esto aumenta considerablemente el límite de detección y hace factibles las aplicaciones de bajo nivel de luz como SERS. Debe utilizarse la longitud de onda del láser de 785 nm para la reducción de la fluorescencia.
Alta resolución para resolver picos del sustrato y la muestra
Para algunos chips SERS, existen picos Raman intrínsecos de la superficie SERS en blanco. Cuando los picos Raman del material de muestra están cerca de los picos del sustrato SERS en blanco, es fundamental que los picos Raman de la muestra se puedan separar de los picos del chip SERS. La resolución espectral del sistema i-Raman Plus 785S es de 4,5 cm-1, que proporciona una capacidad de resolución adecuada para diferenciar dos picos muy próximos. Figura 2 muestra un ejemplo de dos picos muy cercanos, con un pico (641 cm-1) asociado con el SERS en blanco y un pico (625 cm-1) asociado con la solución de muestra mejorada por SERS.
Tamaño de rayo láser pequeño y control de enfoque preciso
Debido al hecho de que los chips SERS suelen tener un tamaño muy pequeño, se necesita un tamaño de rayo láser pequeño y un control preciso del enfoque del láser. los BAC151 accesorio de muestreo de microscopio de video junto con el i-Raman Plus proporciona un tamaño de rayo láser desde 21 μm hasta 210 μm cuando se utilizan objetivos con diferentes aumentos. tabla 1 muestra el tamaño del rayo láser y la distancia de trabajo cuando el aumento de la lente del objetivo cambia de 10x a 100x.
| Ampliación de la lente objetiva | Distancia de trabajo (mm) | Tamaño del punto del rayo láser (μm) |
|---|---|---|
| 10x |
16 | 210 |
| 20x | 12 | 105 |
| 50x |
9,15 | 42 |
| 100x | 3,2 | 21 |
Seguridad láser y bloqueo de interferencias de luz ambiental
Debido a que muchos tipos de chips SERS generarán luz reflectante especular cuando el rayo láser de excitación se dirija sobre la superficie del SERS, es necesario tener una carcasa que pueda proteger los rayos láser reflejados y al mismo tiempo bloquear la interferencia de la luz ambiental. Para esto, el BAC152 proporciona una carcasa de láser Clase 1 para la seguridad del láser y también el bloqueo necesario de la luz ambiental.
El sistema Raman portátil B&W Tek i-Raman Plus junto con un accesorio de muestreo de videomicroscopio BAC151 dentro de una carcasa de clase 1 láser BAC152 proporciona una configuración ideal para aplicaciones SERS. La configuración proporciona no solo una alta relación señal/ruido para el mejor límite de detección y alta resolución para resolver los picos, sino también el tamaño pequeño y ajustable del rayo láser junto con un control de enfoque preciso. Por último, pero no menos importante, la carcasa del láser Clase 1 proporciona la seguridad láser necesaria y, al mismo tiempo, elimina la interferencia de la luz ambiental.
B. Sharma, RR Frontera, AI Enrique, e. Timbre y RP Van Duyne, Materials Today, 2012, 15(1-2), 16-25.
S. Botti, S. Almaviva, L. Cantarini, A. Palucci, A. Puiu y A. Rufoloni, J. Espectroscopía Raman, 2013, 44, 463–468.
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