Language
Country/Area
No result found
Чем CARS отличается от рамановской спектроскопии? Раскройте тайну этой техники!
CARS (когерентная антистоксова комбинационная спектроскопия рассеяния) — это спектроскопическая технология, используемая в основном в химии, физике и смежных областях, которая позволяет получать информацию посредством молекулярных вибраций.
С развитием спектроскопии наше понимание различных спектроскопических методов становится все глубже и глубже. Особенно в последние годы исследование технологии CARS сравнивает ее с традиционной рамановской спектроскопией.
По сути, существуют явные различия между CARS и рамановской спектроскопией. Традиционная рамановская спектроскопия использует один лазер непрерывного действия для исследования внутренних особенностей молекул. Однако CARS использует нелинейный оптический процесс трех лазерных лучей для генерации когерентного сигнала более высокой интенсивности.
По сравнению с рамановской спектроскопией, CARS представляет собой нелинейный оптический процесс третьего порядка, в котором три лазерных луча взаимодействуют для генерации когерентного оптического сигнала.
В КАРС задействованы множественные фотонные взаимодействия, соответствующие колебательным модам молекулы, что делает эффект КАРС гораздо сильнее, чем спонтанное комбинационное излучение. Этот метод позволяет нам эффективно обнаруживать сигналы без необходимости использования высококонцентрированных образцов.
Техническая история и принципы
История технологии CARS началась в 1965 году, когда П. Д. Мейкер и Р. В. Терхьюн из научной лаборатории Ford Motor Company впервые сообщили о явлении CARS. Они использовали импульсный рубиновый лазер для исследования отклика материала третьего порядка, и их эксперименты показали, что когда разность частот падающего луча совпадала с частотой комбинационного рассеяния образца, наблюдаемый сигнал значительно увеличивался.
Мейкер и Терхьюн провели дальнейшие исследования CARS в 1974 году и впервые назвали его «когерентной антистоксовой рамановской спектроскопией».
Основные принципы CARS можно объяснить с помощью классических моделей или квантово-механических моделей. В классической модели процесс CARS моделируется как вибратор, приводимый в движение лазерным лучом для получения изменений нанометрового масштаба. В квантовой механике процесс CARS использует лазерный луч для усиления возбужденного состояния молекул, а затем преобразует его в когерентный сигнал для наблюдения.
Сравнение с рамановской спектроскопией
Хотя и CARS, и рамановская спектроскопия обнаруживают одни и те же активные рамановские моды, характеристики их сигналов сильно различаются. Сигналы комбинационного рассеяния света являются спонтанными, а сигналы CARS генерируются путем когерентного сложения. Из-за особенностей когерентной суперпозиции сигнал CARS растет пропорционально квадрату расстояния, а это означает, что сильные сигналы также могут быть получены из образцов с низкой концентрацией.
Поскольку CARS требует согласования фаз для обеспечения когерентного сложения сигналов, при планировании эксперимента необходимо учитывать геометрическую конфигурацию лазерного луча.
Это означает, что CARS более чувствителен и точен в случае образцов с высокой концентрацией. Кроме того, технология CARS также имеет недостатки, такие как присущий ей нерезонансный фоновый сигнал, который не может предоставить четкую информацию о веществах в образце. Для сравнения, традиционная рамановская спектроскопия в некоторых случаях более подходит для характеристики образцов с низкой концентрацией.
Применение АВТОМОБИЛЕЙ
Потенциал CARS наблюдался во многих областях: от физики до биологии и даже в методах визуализации и диагностики для улавливания конкретных видов. CARS-микроскопия продемонстрировала отличные возможности для визуализации липидов в биологических образцах, что делает ее предпочтительным неинвазивным методом.
Недавние исследования показывают, что CARS имеет потенциальное прикладное значение, поскольку обнаруживает изменения в высокочастотных сигналах для мониторинга изменений температуры в процессе сгорания.
Кроме того, CARS также проводит соответствующие исследования по разработке детекторов придорожных бомб, что сделает эту технологию важной для общественной безопасности и предотвращения быстро растущей террористической угрозы.
Основываясь на приведенном выше обсуждении, нетрудно увидеть важную роль CARS в современной науке. Он имеет широкие перспективы применения и демонстрирует беспрецедентные преимущества по сравнению с традиционной технологией рамановской спектроскопии. Однако в то же время нам следует также подумать о том, как эта технология будет развиваться в будущем для решения все более сложных научных задач?
