1_4 (829179), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Например, в настоящеевремя серьезно обсуждается проект о посылке на Марс КР спектрометра с автоматическимкосмическим аппаратом для структурного анализа грунта.Комбинационное рассеяние света оказывается весьма эффективным инструментом изученияфазовых переходов.
Особенно существенные результаты изучения фазовых переходов былиполучены с новыми техническими средствами исследования. При фазовом переходе должносуществовать колебание, частота которого по мере приближения к температуре переходауменьшается, и, наконец, соответствующая линия КРС сливается с рэлеевской линией той жечастоты, что и возбуждающий свет. Такие частоты колебаний в кристалле соответствующие имлинии КРС называют «мягкими модами».Использование мощных лазеров на рубине привело к открытию вынужденного комбинационногорассеяния света (ВКР). При модуляции добротности лазера на рубине при помощи ячейки Керра,наполненной нитробензолом, было обнаружено, что, кроме света лазера с λ=6943 А, в излученииприсутствует еще интенсивный направленный свет с длиной волны около 7500 А.
Вскоре быловыяснено, что в нитробензоле возникает ВКР и дополнительное излучение соответствует линиитеплового комбинационного рассеяние света νi = 1345 см-1. В отличие от теплового рассеяния,вынужденное рассеяние является рассеянием когерентным.Использование лазеров, генерирующих пикосекундные импульсы, позволило развить прямыеметоды измерения быстропротекающих процессов и, в частности, времен жизни молекулы ввозбужденном колебательном состоянии в конденсированных средах.
Стало возможным производитьпрямые измерения времен порядка 10-12 – 10-13 сек. В ряде случаев изучена временная динамикаинтенсивности линии ВКР и определены времена затухания их интенсивности. Эти методыоткрывают широкие возможности исследований разнообразных тонких процессов, протекающих вмолекулах и кристаллах, и изучения кинетики межмолекулярных взаимодействий.Кроме того для увеличения соотношения сигнал/шум было создано несколько разновидностей КРспектроскопии.1. Поверхностно-усиленная рамановская спектроскопия (SERS – surface enhanced raman scattering).Обычно применяется для образцов, содержащих золото или серебро. В результате лазерногооблучения поверхностью металла образуются плазмоны, увеличивая электрическое поле вокругметалла.
Поскольку интенсивность сигнала в КР пропорциональна электрическому полю, сигналсущественно возрастает (до 1011 раз).2. Резонансная рамановская спектроскопия. Длина волны возбуждения подбирается в соответствие сэлектронными переходами молекулы или кристалла, так что колебательные моды, соответствующиевозбужденному электронному состоянию, существенно усиливаются. Это особенно важно приизучении больших молекул, таких как полипептиды, в «обычных» КРС спектрах которыхпроявляются сотни полос. При этом чувствительность регистрации возрастает в 102 - 106 раз.883.Рамановская спектроскопия с оптическим пинцетом. Используется для изучения индивидуальныхчастиц, а также биохимических процессов в клетках, улавливаемых оптическим пинцетом –прибором, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью лазерногосвета.4.Когерентная анти-стоксова рамановская спектроскопия (КАРС). С помощью двух лазерных лучейгенерируются когерентные лучи анти-стоксовой частоты, которые могут быть далее резонансноусилены.
Эта методика дает возможность без спектрального прибора прецизионно исследоватьконтур линии антистоксова комбинационного рассеяния с высоким разрешением.5.TERS (tip enhanced raman scattering). Принцип действия полностью соответствует поверхностноусиленной рамановской спектроскопии, с той лишь разницей, что в качестве частицы усиливающейсигнал используют зонд AFM. Это дает еще одно преимущество в виде увеличенияпространственного разрешения.В заключении приведем неполный список применения эффекта КР в нашем обществе:1. Применения в нанотехнологии.Обычные методы спектроскопии КР ограничиваются пространственным разрешением в микронныхмасштабах. С помощью новых методов и материалов, информация может быть получена из структурна субмикронных и нанометровых масштабах.
Стыковка спектрометра КРС с микроскопомПозволило добиться разрешения 250 nm. Зонд TERS обеспечивает дополнительно повышениеразрешения до величин, ограничивающих дифракцией.2. Биологические и биомедицинские применения.Спектроскопия КРС продемонстрировала высокую чувствительность отличить раковую, предраковую инормальную тканей, и ее чувствительности к изменениям в клетках метаболитов и белковых структур,продемонстрировав его конкурирующую способность над другимиспектроскопическими методами.Произвольный выбор длины волны излучения от ультрафиолетового (УФ) и ближнего инфракрасногодиапазона возбуждающего лазера позволяет избежать спектральной области с самой сильной флуоресценции,которую следует избегать.
В дополнение к флуоресценции, большинство из биологических образцов, могутбыть классифицированы как слабые рассеиватели КРС с пигментными материалов (таких, как сосудистаяткань), которые из-за сильного поглощения энергии лазера более склонны к лазерному разрушению. На рис.16 приведен хемометрический анализ тканей пищевода, который выявил, что концентрация гликогенаявляется основным отличием между клетками разной зрелости.100 мкмРис.
9. Хемометрический анализ тканей пищевода, полученный с помощью КР3. Полупроводники.Ключевой задачей в быстро развивающей области микроэлектроники является контроль качества приминиатюризации процессов. Одними из главных случаев возникновения брака изделий являетсядеформация возникающие в связи с несоответствием коэффициентов теплового расширенияразличных материалов. Способность микроскопии комбинационного рассеяния для контролянапряжения и других параметров, делают его эффективным инструментом во всем процессепроизводства полупроводниковых устройств.4. Применения в искусстве.При реставрации произведений искусства возникает ряд проблем.
Во-первых, поверхность старыхпредметов с течением времени подвергаются механическим воздействиям и окружающей атмосферы,89приводящие к деградации первоначального состава покрытия (краски, пигменты, лаки и т.д.).Поскольку КР анализ обладает неразрушающим свойством, то этим он обладает идеальнымсвойством для диагностики. Во-вторых, он позволяет провести анализ на месте. Второй не последнийпример можно привести. Это анализ плащаницы Христа.5. Применения в судебной медицине .Учитывая, что КР неразрушающий метод, он имеет преимущество, что могут определитьследовых количеств веществ, без ущерба повреждения предмета. Также анализ производится спомощью стеклянных или пластиковых контейнеров.
Высокая чувствительность, оперативность ивозможностей визуализации с помощью микроскопа являются ключевыми требованиями, гдеправоохранительные органы требуют детальной информации о материалах, для полученияуспешного судебного преследования. КР используется в международной практике как методуспешного завершения трудных судебных расследований, таких как анализ активных лекарственныхформ и анализа подлинности чернил на документах.Информация о загрязнителях могут помочьправоохранительным органам в выявлении источников незаконных веществ.
На рисунке 17приведено изображение показывающее распределение загрязнения на поверхности таблетки экстази.Информация о загрязнителях могут помочь правоохранительным органам в выявлении источниковнезаконных веществ.1 ммРис. 10. Распределение загрязнения на поверхности таблетки экстази, полученное припомощи КР.6. Применения в геммологии, геологии и минералогииВ области геммологи, КР широко используются для идентификации алмазов.
Были ли ониискусственно изготовлены или являются природными. КРС используется также для выявлениявключений, шпаклевки, восков и других методов реставрации в драгоценных камнях. В геологии иминералогии был использован для определения различия между разными видами песчаника, анализуметеоритов, минеральных песков и др.7. Применение в материаловедение.Структурный анализ композиционных материалов, полимеров, катализаторов и др. Например,недавнее исследование трещины в стальных конструкциях ядерных реакторов. Выявлено, чтотрещина была вызвана окислением.8. Применение в углеродной промышленности.Спектроскопии КР широко применяется в углеродной промышленности для контроля качестваалмазоподобного углерода, покрытий, и для исследования характеристик структуры и хиральностиуглеродных нанотрубок.10.
Применение в фармацевтике.Спектроскопия КР широко используется на многих этапах создания фармацевтическойпродукции и производственных процессов. Область применения простирается отмониторинга и контроля производственных процессов большого масштаба, кпрофилированию распределение активных фармацевтических ингредиентов.
На рис.18показано химическое изображение фармацевтической таблетки. Изображение было полученоза 4 минуты, при этом он составлен из 10 000 отдельных спектральных изображений. Этотрезультат впоследствии был проанализирован с помощью хемометрического анализа.902 мм50 мкмРис.11. Изображение фармацевтической таблетки, полученное с помощью КР.Библиографический список1. Сборник задач по аналитической механике / Сост.
Г. Л. Коткин, В. Г. Сербо. Новосибирск: Изд-воНГУ, 1978.2. Войтюк И. И. Симметрия молекул. Новосибирск: Изд-во НГУ, 1988.3. Сущинский М. М. Комбинационное рассеяние света и строение вещества. М.: Наука, 1981.4. Оптика и атомная физика / Под ред. Р. И. Солоухина. Новосибирск: Наука, 1983.5. Бахшиев Н. Г. Введение в молекулярную спектроскопию. Ленинград: ЛГУ, 1987.6. Наберухин.Ю. И. Лекции по молекулярной спектроскопии, Новосибирск: Изд-во НГУ, 1978.7. Бенуэлл К. Основы молекулярной спектроскопии: Пер.
с англ.— М.: Мир, 198591.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
