Новости химической науки > Рамановская спектроскопия с субнанометровым разрешением

Ученым удалось добиться от спектроскопии комбинационного рассеивания (рамановской спектроскопии) максимального разрешения, которое позволяет проводить химическое картирование молекул с разрешением, менее, чем в 1 нанометр. Новая методика может позволить проводить беспрецедентные исследования в области идентификации отдельных молекул.

Спектроскопия комбинационного рассеивания уже десятилетия занимает важное место в инструментарии химиков. Принцип ее действия основан на том, что неупругое рассеяние оптического излучения на молекулах вещества сопровождается заметным изменением частоты излучения. В случае комбинационного рассеяния света в спектре рассеянного излучения появляются спектральные линии, которых нет в спектре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появившихся линий определяется молекулярным строением вещества, что позволяет получить характеристичную картинку – отпечатки пальцев отдельной молекулы.

За счет тщательного контроля условий эксперимента разрешение спектроскопии комбинационного рассеивания может быть существенно улучшено. (Рисунок из Nature, 2013, 498, 82; DOI: 10.1038/nature12151)

В последние годы было продемонстрировано, что молекулы, адсорбированные на металлических наночастицах, демонстрируют существенное усиление комбинационного рассеивания из-за участия плазмонов – коллективных колебаний свободного электронного газа. Дальнейшее развитие этого подхода заключается в использовании зонда атомно-силового микроскопа в качестве единичной высоко сфокусированной поверхности металла. Если ориентировать такой зонд таким образом, чтобы между ним и исследуемым образцом расстояние составляло несколько нанометров, плазмонное возбуждение эффективно создает единичный активный участок поверхностно-усиленного рамановского рассеивания. Этот метод называется локально усиленное комбинационное Рамановское рассеяние [tip-enhanced Raman scattering (TERS)] и позволяет добиться разрешения в 10 нм.

Исследователям из группы Дженчао Донга (Zhenchao Dong) из Университета Науки и Технологии Китая удалось продемонстрировать, что и это разрешение можно значительно увеличить, используя контролируемые условия, которых можно добиться с помощью сканирующего туннельного микроскопа[scanning tunnelling microscope (STM)].

В условиях глубокого вакуума и низкой температуры исследователи провели адсорбцию молекул мезо-тетракис(3,5-ди-трет-бутилфенил) (H2TBPP) на поверхность серебра. По мере приближения зонда сканирующего туннельного микроскопа по направлению к молекуле в «нанополости» между зондом и поверхностью генерировалось локальное плазмонное поле, также, как и в ранее эксплуатировавшихся подходах. Тем не менее, точный контроль геометрии зонда сканирующего туннельного микроскопа позволяет настроить резонанс плазмонного поля таким образом, чтобы его частота соответствовала вибрионным переходам молекулы, что позволяет получить резко усиленный сигнал в спектре комбинационного рассеяния молекулы.

Донг заявляет, что исследователям удалось расшифровать химическую информацию об отдельной молекулы с разрешением, меньшим, чем один нанометр, определив параметры ее внутренней структуры и конфигурацию поверхности, получив при этом не только визуализацию молекулы, но и полную химическую информацию о молекуле.

Источник: Nature, 2013, 498, 82 (DOI: 10.1038/nature12151)

метки статьи: #аналитическая химия, #химия поверхности