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1、表面增强拉曼光谱的应用表面增强拉曼光谱的应用光学工程光学工程 胡扬俊胡扬俊拉曼光谱基本原理拉曼光谱基本原理Rayleigh散射：散射：弹性碰撞；无能量交换，仅改变方向；Raman散射：散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换；Rayleigh散射散射Raman散射散射E0基态，E1振动激发态；E0+h 0，E1+h 0 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 E0E1V=1V=0h 0h 0h 0h 0+E1+h 0E0+h 0h(0-)激发虚态灵敏度灵敏度11014-10161014Raman ScatteringSurface Enhanc
2、ed Raman ScatteringSERS灵敏度高灵敏度高，在环境，生物医学，制药研究方面非常有潜力，在环境，生物医学，制药研究方面非常有潜力Rayleigh Scattering灵敏度灵敏度v由于荧光的量子产率一般较高，拉曼光谱较荧光光谱弱由于荧光的量子产率一般较高，拉曼光谱较荧光光谱弱很很多多，所以很多分子或者基团的拉曼光谱很难获得。虽然提，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，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，很多强度太大的激光功率会破坏样品的生物活性，所以，很
3、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、光谱强度，达到有效增强样品的拉曼信号、抑制荧光信抑制荧光信号的目的。号的目的。SERS机理的分类机理的分类理论模型可分为两大类：电磁增强和化学增强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电磁增强来源于入射光与SERS基底下拉曼电磁场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化学增强理论认为化学
4、增强理论认为SERS效应是由于吸附在金属表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其它的化学效应都能影响到SERS强度，比如分子强度，比如分子的吸附和取向的吸附和取向SERS的增强过程的增强过程要想获得较高的拉曼增强要想获得较高的拉曼增强,选择合适选择合适的增强基底尤为重要，不同的增强的增强基底尤为重要，不同的增强基底基底,对相同样品的增强效果是不同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，常用的增强基底有金、银、铜的纳米颗粒的纳米颗粒SERSSERS主要发展领域主要发展领域位于位于14
5、07和和1623cm-1的振动谱带分的振动谱带分别归属于别归属于COO-基团的对称和不对基团的对称和不对称伸缩振动，这两种振动模式在固称伸缩振动，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大了官能团的拉曼散射信号归属于归属于NH2基团的基团的3个振动谱带个振动谱带1059,1128,1584cm-1,SERS谱中强度谱中强度的显著提高表明色氨酸中氨基基团的显著提高表明色氨酸中氨基基团以以NH2的形式优先结合到银纳米颗
6、的形式优先结合到银纳米颗粒表面粒表面L-TrpL-Trp拉曼峰归属拉曼峰归属氯蜱硫磷的氯蜱硫磷的NRS光谱和光谱和SERS光谱光谱A：300mW，采样5min RS光谱 B:150mW，采样1min SERS光谱样品溶于甲醇，样品溶于甲醇，浓度为浓度为1%SERS用于农药残留检测用于农药残留检测甲基氯蜱硫磷的甲基氯蜱硫磷的NRS光谱和光谱和SERS光谱光谱甲基氯蜱硫磷 样品溶于甲醇，样品溶于甲醇，浓度为浓度为1%A：300mW，采样5min RS光谱 B:150mW，采样1min SERS光谱Fonofos的的NRS光谱和光谱和SERS光谱光谱地虫硫膦地虫硫膦 样品溶于甲醇，样品溶于甲醇，浓度为浓度为1%A：300mW，采样5min RS光谱 B:150mW，采样1min SERS光谱AB4-methyl parathion的的NRS光谱和光谱和SERS光谱光谱4-甲基对硫磷甲基对硫磷样品溶于甲醇，样品溶于甲醇，浓度为浓度为1%A：300mW，采样5min RS光谱 B:150mW，采样1min SERS光谱ABSERS检测橙汁里的检测橙汁里的fonofosA 含0.1%fonofos的橙汁ABCB含0.1%fonofos的methanol C 橙汁溶液