表面增強拉曼光譜分析原理及應(yīng)用(編輯修改稿)
2024-09-12 00:25 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ]。而 Cu的粗糙度在 50nm，在紅外區(qū)增強最明顯 [9]。 Raman(R): 這項技術(shù)存在于分子 (SERS探針或被分析物 )信號的測量。拉曼光譜研究的是非彈性散射 ,能解析被探測分子的化學結(jié)構(gòu)尤其是振動結(jié)構(gòu)。 S: 表示 scattering或者 spectroscopy，當強調(diào)光學效應(yīng)時 ,用 scattering；當強調(diào)光譜技術(shù)及其應(yīng)用時 ,用spectroscopy。 SERS機理 為了解釋 SERS 的增強機制，人們提出了不同的理論模型。由于分子的拉曼散射是分子在外電場作用下被極化而產(chǎn)生極化率，交變的極化率在再發(fā)射的過程中，受到分子中原子間振動的影響，從而產(chǎn)生拉曼散射光。散射光的增強可能是由于作用在分子上的局域電場的增加和分子極化率的改變，可以形象地把分子的極化偶極矩看成是電磁效應(yīng)和分子效應(yīng)的乘積。目前學術(shù)界普遍認同的 SERS 機理主要有 物理增強機理 和 化學增強機理 兩類 , 物理增強機制通過局域場和偶極發(fā)射起作用，化學增強機制通過分子的極化率起作用。 物理類模型致力于闡釋金屬表面局域電場的增強，它認為，具有一定表面粗糙度的類自由電子金屬基底的存在，使得入射光在表面產(chǎn)生的電磁場得到較大的增強，而拉曼散射強度與分子誘導偶極矩 P 的平方成正比，因此極大地增加了吸附在表面的分子產(chǎn)生拉曼散射的幾率，從而提高了檢測到的表面拉曼強度。物理類模型主要包括以下幾種典型模型。 A、 表面電磁場模型 表面電磁增強模型又可稱為表面等離子體共振模型。該模型認為，在光電場作用下，金屬表面附近的電子會產(chǎn)生疏密振動。因此當粗糙化的襯底材料表面受到光照射時，襯底材料表面的等離子體能被激發(fā)到高的能級，而與光波的電場耦合，并發(fā)生共振，使金屬表面的電場增強，從而產(chǎn)生增強的拉曼散射。 B、天線共振子模型 天線共振子模型是 教授 [10]在 1983年提出的 SERS 增強機制理論模型。該模型認為具有一定粗糙度的金屬表面的顆粒或凸起可看作是有一定形狀，能與光波耦合的天線振子。粗糙金屬表面的突出物或各種微?？梢员豢醋魑挥陔姶艌鲋械奶炀€振子，它們既可以吸收電磁波，也可以發(fā)射電磁波。當電磁波波長和粒子尺寸之間滿足一定條件時，電磁波在粒子中將發(fā)生共振，此時輻射場最大；同時，吸附在粒子表面上分子的拉曼散射光 (也是一種電磁輻射 )強度也會受到天線振子的增強，從而產(chǎn)生 SERS 效應(yīng) [11]。 C、表面鏡像場模型 表面鏡象場模型是提出得比較早的電磁增強類模型之一，鏡像場模型假定金屬表面是一面理想的鏡子，吸附分子為振動偶極子，它在金屬內(nèi)產(chǎn)生共軛的電偶極子，以此在表面形成鏡像光電場。入射光與鏡像光電場都對吸附分子的表面拉曼信號起增強作用，再加上表面反射造成兩倍的局域電場增強，可以得到總增強效應(yīng)。 D、 避雷針效應(yīng) 金屬粗糙過程中產(chǎn)生的表面粒子形狀各不相同，一些粒子或粒子的某些部位曲率半徑非常小，這些顆粒的尖端處具有很強的局部表面電磁場。曲率半徑越小，其表面電場強度越大，從而引起拉曼散射強度的增強。 化學增強機理 A、電荷轉(zhuǎn)移模型 電荷轉(zhuǎn)移模型認為 [13]：在適當波長的激光照射下，金屬中的電子被激發(fā)到電荷轉(zhuǎn)移態(tài)上去，這會引起分子原子核的骨架松弛，因為分子在基態(tài)和激發(fā)態(tài)下的平衡位置不同。當電子再回到金屬中時發(fā)射的光子能量就比入射光少了一個振動量子的能量。增強的原因是散射過程同電荷轉(zhuǎn)移態(tài)共振。 B、活位模型 活位模型認為：在所有吸附在金屬顆粒表面的分子中，只有當其吸附在金屬顆粒表面某種特殊的位置 (活位 )的才能產(chǎn)生強的表面增強拉曼信號。 總的來說，物理類模型所涉及的分子與金屬間作用為物理吸附，具有長程效應(yīng)，它的代表為 EM 模型?；瘜W類模型強調(diào)吸附分子與金屬基底間的吸附，具有短程效應(yīng)，它的代表為 CT 模型。 SERS應(yīng)用 SERS檢測微量添加物的研究 中成藥中微量西藥成分的研究 中藥的熒光現(xiàn)象很強，而熒光是拉曼散射的“硬傷”，特別是在成分復雜的中藥中，西藥的光譜信號常常被強熒光遮蓋，常常表現(xiàn)為以上圖譜 。
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