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表面增强拉曼光谱的应用 光学工程 胡扬俊 拉曼光谱基本原理 Rayleigh散射： 弹性碰撞； 无能量交换，仅 改变方向； Raman散射： 非弹性碰撞； 方向改变且有能 量交换； Rayleigh散射Raman散射 E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态； 获得能量后，跃迁到激发虚态. （1928年印度物理学家Raman C V 发现） h E0 E1 V=1 V=0 h0 h0 h0 h0 + E1 + h0 E0 + h0 h(0 - ) 激发虚态 灵敏度1 1014-10161014 Raman Scattering Surface Enhanced Raman Scattering SERS灵敏度高 ，在环境，生物医学，制药研究方面非常有潜力 Rayleigh Scattering 灵敏度 v 由于荧光的量子产率一般较高，拉曼光谱较荧光光谱弱很 多，所以很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然提 高激励光功率可以适当的提高拉曼强度，但对于生物样品 ，强度太大的激光功率会破坏样品的生物活性，所以，很 多实验中需要利用表面增强拉曼散射效应来提高样品的拉 曼光谱强度，达到有效增强样品的拉曼信号、 抑制荧光 信号的目的。 SERS机理的分类 理论模型可分为两大类：电磁增强和化学增强。 v电磁增强来源于入射光与SERS基底下拉曼电磁场 的耦合，当位于金属表面的等离子体共振受到激 发，接近金属表面的局域电场得到极大的增强 v化学增强理论认为SERS效应是由于吸附在金属表 面的分子拉曼极化率张量发生变化而产生，许多 其它的化学效应都能影响到SERS强度，比如分子 的吸附和取向 SERS的增强过程 要想获得较高的拉曼增强,选择合适 的增强基底尤为重要，不同的增强 基底,对相同样品的增强效果是不同 的，常用的增强基底有金、银、铜 的纳米颗粒 SERS主要发展领域 位于1407和1623cm-1的振动谱带分 别归属于COO-基团的对称和不对 称伸缩振动，这两种振动模式在固 体谱和水溶液谱中的强度较弱或者 没有出现，表明羧基与银纳米颗粒 相连，金属表面的强电场有效的增 大了官能团的拉曼散射信号 归属于NH2基团的3个振动谱带 1059,1128,1584cm-1, SERS谱中强度 的显著提高表明色氨酸中氨基基团 以NH2的形式优先结合到银纳米颗 粒表面 L-Trp拉曼峰归属 氯蜱硫磷的NRS光谱和SERS光谱 A：300mW，采样5min RS光谱 B: 150mW，采样1min SERS光谱 样品溶于甲醇， 浓度为1% SERS用于农药残留检测 甲基氯蜱硫磷的NRS光谱和SERS光谱 甲基氯蜱硫磷 样品溶于甲醇， 浓度为1% A：300mW，采样5min RS光谱 B: 150mW，采样1min SERS光谱 Fonofos的NRS光谱和SERS光谱 地虫硫膦 样品溶于甲醇， 浓度为1% A：300mW，采样5min RS光谱 B: 150mW，采样1min SERS光谱 A B 4-methyl parathion的NRS光谱和SERS光谱 4-甲基对硫磷 样品溶于甲醇， 浓度为1% A：300mW，采样5min RS光谱 B: 150mW，采样1min SERS光谱 A B S