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1、表面增强拉曼散射本讲稿第一页，共十二页背景介绍背景介绍反射光反射光入入射射光光透透射射光光散射散射光光吸吸收收检测检测器器光与介质作用发生散射，散射可分为两种：光与介质作用发生散射，散射可分为两种：1.1.弹性散射：散射光与入射光频率弹性散射：散射光与入射光频率一样；一样；2.2.拉曼散射：散射光频率发生改变。拉曼散射：散射光频率发生改变。拉曼光谱是拉曼光谱是19281928年印度科学家年印度科学家（C.V.Raman ）发现的，）发现的，19301930年拉年拉曼获得诺贝尔物理学奖。曼获得诺贝尔物理学奖。图1本讲稿第二页，共十二页拉曼光谱以及对应的电子能级跃迁状况拉曼光谱以及对应的电子能级跃
2、迁状况瑞利散射：散射光频率与入射光频率一样（瑞利散射：散射光频率与入射光频率一样（）；）；拉曼散射：散射光频率发生改变（拉曼散射：散射光频率发生改变（）；）；称为拉曼位移。称为拉曼位移。本讲稿第三页，共十二页要点：要点：1.1.拉曼位移与入射光频率无关，它与物质振动能级有关。成拉曼位移与入射光频率无关，它与物质振动能级有关。成对斯托克斯线与反斯托克斯线有相同大小的拉曼位移。对斯托克斯线与反斯托克斯线有相同大小的拉曼位移。2.2.拉曼光谱对应的峰拉曼光谱对应的峰-斯托克顿峰与反斯托克顿峰的强度斯托克顿峰与反斯托克顿峰的强度很小，只有瑞利散射峰的很小，只有瑞利散射峰的 ，所以一般很难检测到。，所以
3、一般很难检测到。本讲稿第四页，共十二页表面增强拉曼散射表面增强拉曼散射 1974年，年，Fleischmann观测到粗糙的银电极表面吡啶分子的高观测到粗糙的银电极表面吡啶分子的高强度拉曼散射信号。后来经分析，拉曼散射强度增大了强度拉曼散射信号。后来经分析，拉曼散射强度增大了 倍。倍。拉曼散射的应用来到了第二个春天！拉曼散射的应用来到了第二个春天！表面增强拉曼散射（表面增强拉曼散射（surface enhanced Raman Scattering）：当物质分）：当物质分子吸附在一些特定的金属表面时，分子的拉曼散射强度得到大大子吸附在一些特定的金属表面时，分子的拉曼散射强度得到大大提升。提升。本
4、讲稿第五页，共十二页 表面增强拉曼散射的特点表面增强拉曼散射的特点nSERS具有很强的增强因子。根据计算，吸附在粗糙金，银，铜等具有很强的增强因子。根据计算，吸附在粗糙金，银，铜等金属表面的拉曼散射强度是普通拉曼散射强度的金属表面的拉曼散射强度是普通拉曼散射强度的 倍。倍。nSERS具有金属选择性。出现具有金属选择性。出现SERS现象的金属材料只有少数几现象的金属材料只有少数几种。分别是币族金属金，银，铜；碱性金属锂，钠，钾；部种。分别是币族金属金，银，铜；碱性金属锂，钠，钾；部分过度金属铁，钴，镍；分过度金属铁，钴，镍；nSERS要求金属表面有一定粗糙度。不同金属出现最大要求金属表面有一定粗
5、糙度。不同金属出现最大SERS效应的粗糙度不一样。效应的粗糙度不一样。本讲稿第六页，共十二页SERS的理论解释的理论解释电磁增强模型：电磁增强模型：表面等离子体共振模型表面等离子体共振模型化学增强模型：电荷转移模型化学增强模型：电荷转移模型 吸附原子模型吸附原子模型表面镜像场模型表面镜像场模型天线共振子模型天线共振子模型本讲稿第七页，共十二页表面等离子体共振模型表面等离子体共振模型 分子吸附在粗糙金属表面近似为金属球颗分子吸附在粗糙金属表面近似为金属球颗粒表面。金属球受外电场激发产生表面等离粒表面。金属球受外电场激发产生表面等离子体。子体。受激发的金属球颗粒可以看成一个偶极子。受激发的金属球颗
6、粒可以看成一个偶极子。偶极子在距离表面偶极子在距离表面d处产生的电场强度是：处产生的电场强度是：其中，是金属的光频决定的介电常数；是金属周围环境的介电常数。是入射光的电场强度本讲稿第八页，共十二页在距离球表面d处，吸附分子受到的电场强度E为：当：分子所处的电场强度非常大。拉曼散射光电场强 度 正比于E，所以拉曼散射得到大幅增强。入射光与偶极子发生共振入射光与偶极子发生共振本讲稿第九页，共十二页SERS的应用的应用由于由于SERS光谱反应了表面分子的结构以及组分信息，所以其广泛光谱反应了表面分子的结构以及组分信息，所以其广泛应用于单分子检测，生物分子结构信息，纳米材料信息等方面。应用于单分子检测，生物分子结构信息，纳米材料信息等方面。本讲稿第十页，共十二页用用SERS研究研究BTA抑制铁表面腐蚀抑制铁表面腐蚀A.没有KI溶液B.有 KIC.有D.有本讲稿第十一页，共十二页谢谢！谢谢！本讲稿第十二页，共十二页