Language
Country/Area
No result found
Что такое CARS-спектроскопия? Почему она такая особенная?
В современной научной сфере спектроскопия КАРС (когерентная антистоксовая рамановская спектроскопия) появилась в химических и физических исследованиях со своими уникальными преимуществами. Эта технология в основном используется для обнаружения сигналов вибрации молекул, подобно традиционной рамановской спектроскопии, но ее чувствительность и сила сигнала значительно превосходят первую. CARS-спектроскопия выполняется с использованием многофотонной технологии, что позволяет получать более четкие молекулярные изображения и, таким образом, становится важным инструментом во многих областях исследований.
Историческая справкаКАРС-спектроскопия — это нелинейный оптический процесс третьего порядка, включающий взаимодействие трех лазерных лучей.
CARS-спектроскопия была впервые предложена в 1965 году, когда П. Д. Мейкер и Р. У. Терхьюн из Ford Motor Company опубликовали исследование этого явления. Они использовали импульсные рубиновые лазеры для исследования отклика третьего порядка различных материалов и наблюдали, что сигнал CARS с синим смещением генерировался, когда импульсы двух лучей перекрывались в пространстве и времени. В 1974 году Бегли и его коллеги из Стэнфордского университета дали этой методике название «КАРС-спектроскопия».
Основные принципы
Принцип работы КАРС-спектроскопии можно объяснить с помощью классических и квантово-механических моделей. Классически молекулу можно рассматривать как (затухающий) осциллятор с характерной частотой ωv. В CARS этот генератор приводится в действие разностью частот между лучом накачки и лучом Стокса. Этот движущий механизм аналогичен тому, как ухо чувствительно к разнице частот между двумя разными нотами, взятыми на фортепиано.
Сравнение CARS и Рамановской спектроскопииВ процессе CARS луч накачки сначала возбуждает молекулу, переводя ее в виртуальное состояние, которое не является собственным состоянием молекулы, но допускает переходы на другие реальные энергетические уровни.
CARS и Рамановская спектроскопия имеют сходство в исследовании колебательных мод молекул, но есть и существенные различия. Для CARS требуются два импульсных лазерных источника, тогда как для рамановской спектроскопии требуется только один лазер непрерывного излучения (CW). Поскольку сигнал CARS наблюдается на синей стороне, ему не приходится конкурировать с явлением флуоресценции, что делает CARS более выгодным в практических приложениях.
Области применения
КАРС-микроскопия
CARS имеет широкий спектр применения в селективной микроскопии видов и диагностике горения, особенно в области неинвазивной визуализации биологических образцов. Многие исследователи используют CARS-микроскопию для наблюдения за липидами в биологических образцах, что представляет собой новый метод изучения биологии.
Диагностика сгорания
КАРС-спектроскопия также используется для контроля температуры газов и пламени, поскольку ее сигнал имеет нелинейную зависимость от температуры. Сигнал CARS отражает тепловое состояние системы, поскольку он связан с числом частиц в основном состоянии и колебательно-возбужденных состояниях.
Другие приложения
Помимо вышеперечисленных приложений, в настоящее время разрабатывается технология CARS для использования в зонах мониторинга безопасности, например, для обнаружения придорожных бомб. Это подчеркивает его потенциальную ценность для общественной безопасности.
Подводя итог, можно сказать, что спектроскопия CARS стала популярной технологией в современных исследованиях благодаря своей превосходной интенсивности сигнала и высокой чувствительности к модам молекулярных колебаний. Сможем ли мы увидеть дальнейшее развитие технологии в большем количестве областей в будущем?
