Резонансты Раман спектроскопиясы және оның түрлері
Resonance Raman spectroscopy
Резонансты Раман спектроскопиясы: заттардың құрамын жоғары сезімталдықпен анықтау, әсіресе әлсіз шашырау интенсивтігі бар немесе төмен концентрациялы қосылыстарды.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Раман спектроскопиясы техникасы
Raman spectroscopy technique
Резонанстық Раман спектроскопиясы (RR спектроскопиясы немесе RRS) – Раман спектроскопиясының бір түрі, онда түсетін фотон энергиясы зерттеліп отырған қосылыстың немесе материалдың электрондық өтуіне жуық болады. Бұл энергияның (резонанстың) ұқсастығы, қарапайым Раман спектроскопиясына қарағанда, белгілі бір тербеліс режимдерінің Раман шашырауының қарқындылығын күрт арттырады. Резонанстық Раман спектроскопиясы, резонанссыз Раман спектроскопиясынан гөрі әлдеқайда жоғары сезімталдыққа ие, бұл өзіндік Раман шашырауының әлсіз қарқындылығы бар қосылыстарды немесе өте төмен концентрациядағы қосылыстарды талдауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ол тек белгілі бір молекулалық тербелістерді (электрондық өтуге түсетін химиялық топтың) іріктеп күшейтеді, бұл спектрлерді жеңілдетеді. Резонанстық Раман спектроскопиясы металл емес қосылыстар мен кешендерді, ақуыздарды, нуклеин қышқылдарын, пигменттерді сипаттауда қолданылады. Көптеген заттар үшін тербеліс өтулері туралы ақпаратты қамтитын Раман шашыраған жарықты байқау қиын. Резонанстық Раман спектроскопиясы түсетін фотон энергиясы үлгідегі электрондық өту энергиясына тең немесе жақын болғанда Раман шашырауының қарқындылығының артуын пайдаланады. Егер үлгіге түсетін фотон энергиясы үлгідегі электрондық өту энергиясына тең немесе жақын болса, электрондық өтумен бір бағытта ядролық орын ауыстыруды тудыратын кейбір Раман белсенді тербеліс режимдерінің шашырауы резонанссыз Раманмен салыстырғанда 106 есеге дейін күшейеді. Резонанстық күшейту π π* өтулер үшін ең айқын, ал металл орталық (d–d) өтулер үшін ең аз байқалады. Бұл әдіс қозған электрондық күйлердің динамикасын, гемосодержащий ақуыздарға оттегінің немесе басқа газдардың байланысуын және ақуыз динамикасын зерттеу үшін қолданылған. Резонанстық гипер Раман спектроскопиясы: Үлгіні қоздыру бір фотонның емес, екі фотонның сіңірілуі арқылы жүзеге асырылады. Бұл тәсіл қарапайым резонанстық Раман спектроскопиясында тыйым салынған режимдерді қоздыруға мүмкіндік береді, резонансқа байланысты қарқындылықты арттырады, сондай-ақ шашыраған жарықты жинауды жеңілдетеді. Бұл әсіресе полярлы және поляризацияланатын молекулалар үшін пайдалы. Беттік күшейтілген резонанстық Раман спектроскопиясы: RRS және беттік күшейтілген Раман шашырауының гибриді. Үлгі өткізгіш нанобөлшектерге жағылады және нанобөлшектердің беттік плазмондық резонансына сәйкес келетін лазер қоздыру үшін қолданылады. Егер беттік плазмонның толқын ұзындығы үлгідегі электрондық өтудің толқын ұзындығына сәйкес келсе, Раман шашырауы обычный RRS-мен салыстырғанда күрт күшейеді. Резонанстық Раман микроскопиясы: Микроскоптың көмегімен қоздырғыш лазерді үлгідегі белгілі бір нүктеге бағыттайды және көптеген осындай нүктелер үшін спектрлер жиналады. Әр түрлі нүктелердегі Раман қарқындылығы үлгінің микроскоптық бейнесін құру үшін жинақталады. Қоздыру толқын ұзындығын дұрыс таңдау арқылы қызығушылық тудыратын компоненттің таралуының микроскоптық картасын жасауға болады.
Resonance Raman spectroscopy (RR spectroscopy or RRS) is a variant of Raman spectroscopy in which the incident photon energy is close in energy to an electronic transition of a compound or material under examination. This similarity in energy (resonance) leads to greatly increased intensity of the Raman scattering of certain vibrational modes, compared to ordinary Raman spectroscopy. Resonance Raman spectroscopy has much greater sensitivity than non resonance Raman spectroscopy, allowing for the analysis of compounds with inherently weak Raman scattering intensities, or at very low concentrations. It also selectively enhances only certain molecular vibrations (those of the chemical group undergoing the electronic transition), which simplifies spectra. Resonance Raman spectroscopy has been used in the characterization of inorganic compounds and complexes, proteins, nucleic acids, pigments, Raman scattered light, which contains information about vibrational transitions, is therefore difficult to observe for many substances. Resonance Raman spectroscopy takes advantage of an increase in the intensity of Raman scattering when the incident photons match the energy of an electronic transition. If the energy of the photon striking the sample is equal or close to that of an electronic transition in the sample, certain Raman active vibrational modes—those producing nuclear displacement in the same direction as the electronic transition—will exhibit greatly enhanced scattering, up to 106 fold compared to nonresonance Raman. Resonance enhancement is most apparent in the case of π π* transitions and least for metal centered (d–d) transitions. This method has been used to examine the dynamics of excited electronic states, binding of oxygen or other gases to heme containing proteins, and protein dynamics. Resonance hyper Raman spectroscopy: Excitation of the sample occurs by two photon absorption, rather than by absorption of a single photon. This arrangement allows for excitation of modes that are forbidden in ordinary resonance Raman spectroscopy, with intensity enhancement due to resonance, and also simplifies collection of scattered light. It is especially useful for molecules that are both polar and polarizable. Surface enhanced resonance Raman spectroscopy: A hybrid of RRS and surface enhanced Raman scattering. The sample is applied to conducting nanoparticles and a laser matching the surface plasmon resonance of the nanoparticles is used for excitation. If the wavelength of the surface plasmon matches that of an electronic transition in the sample, the Raman scattering will be greatly enhanced compared to ordinary RRS. Resonance Raman microscopy: A microscope is used to focus the excitation laser onto a particular point in the sample, and spectra are collected for many such points. The Raman intensity at different points can then be assembled into a microscopic image of the sample. By appropriate choice of excitation wavelength, a microscopic map of the distribution only of a component of interest can be made.
Қолданбалар
Өзінің таңдаулылығы мен сезімталдығының арқасында резонанстық Раман спектроскопиясы көбінесе резонанстық күшейту болмағанда өте әлсіз және/немесе күрделі Раман спектрлеріне ие болатын қосылыстардағы молекулалық дірілдерді зерттеу үшін қолданылады. Қалыпты Раман спектроскопиясы сияқты, резонанстық Раман да судағы сынамалармен үйлесімді, оның шашырау қарқындылығы өте төмен және спектрге аз үлес қосады. Дегенмен, зерттелетін аналиттегі электрондық өтуге сәйкес келетін толқын ұзындығындағы қоздыру лазерінің қажеттілігі әдістің қолданылу аясын белгілі бір шектеуге алып келеді. Фотоактивті ақуыздардағы хромофорлардың конформациялық айырмашылықтарын анықтау үшін сфероиден және ретина сияқты басқа полиен пигменттерінің резонанстық Раман спектрлері пайдаланылған. Резонанстық Раман спектроскопиясы археологияда мәдени артефакттардағы бояулар мен пигменттерді анықтау үшін қолданылған, ал RRS-тің түрлі заманауи сиялар мен бояуларды ажырату мүмкіндігі сот-медициналық салада қолданыс тапқан. Бұл әдіс гемопротеиндерде газ байланысын және әртүрлі ферменттердің катализдік циклын зерттеуге пайдаланылған. Көккөк сәулелі лазерлік қоздыруды қолдану арқылы хош иісті аминқышқылдарының (фенилаланин, тирозин және триптофан) жанама тізбектерін осы қалдықтардың жергілікті ортасы мен сутегі байланысын анықтау үшін таңдамалы түрде қоздыруға болады. Толқын ұзындығы қысқа ("терең") көккөк сәулелі қоздыру арқылы белоктың пептидтік байланыстарын қоздыруға болады, осылайша екіншілік құрылымын зерттеуге мүмкіндік туады. Белоктың бүктелуі мен денатурациясы 200 нм-ден қысқа толқын ұзындығындағы полипептид тірекшесінің терең УФ-резонанстық Раман спектроскопиясымен зерттелді.
Because of its selectivity and sensitivity, resonance Raman spectroscopy is typically used to study molecular vibrations in compounds that would have very weak and/or complex Raman spectra in the absence of resonance enhancement. Like ordinary Raman spectroscopy, resonance Raman is compatible with samples in water, which has a very weak scattering intensity and little contribution to spectra. However, the need for an excitation laser with a wavelength matching that of an electronic transition in the analyte of interest somewhat limits the applicability of the method. The resonance Raman spectra of other polyene pigments, such as spheroidene and retinal, have been used to identify differences in chromophore conformation in photoactive proteins. Resonance Raman spectroscopy has been used in archaeology to identify dyes and pigments in cultural artifacts, and the ability of RRS to distinguish different modern inks and dyes has found application in forensic science. This method has been used to examine gas binding in hemeproteins and the catalytic cycle of various enzymes. Using ultraviolet laser excitation, it is possible to selectively excite the sidechains of aromatic amino acids (phenylalanine, tyrosine, and tryptophan) to deduce the local environment and hydrogen bonding interactions by these residues. With shorter wavelength ("deep") ultraviolet excitation, it is also possible to excite the peptide bonds of a protein in order to examine secondary structure. Protein folding and denaturation have been examined using deep UV resonance Raman spectroscopy of the polypeptide backbone, with excitation wavelengths shorter than 200 nm.
Наноматериалдар
Резонанстық Раман спектроскопиясы нанобөлшектердің құрылымын және фотофизикалық қасиеттерін сипаттау үшін де қолданылды. Көміртекті нанотұбырлардың көрінетін және жақын инфрақызыл электрондық өтулеріне сәйкес келтірілген лазерлерді пайдалану арқылы нанотұбырлардың құрылымға сезімтал тербеліс жолақтарын күшейту мүмкін.
Resonance Raman spectroscopy has also been used to characterize the structure and photophysical properties of nanoparticles. Using lasers tuned to the visible and near infrared electronic transitions of carbon nanotubes, it is possible to enhance structure sensitive vibrational bands of the nanotubes.