噻菌灵分子的表面增强拉曼光谱的理论研究

表面增强拉曼散射(SERS)是指当分子靠近或者吸附于基底表面时,分子的拉曼散射信号会显著增强的现象。SERS克服了常规拉曼散射信号强度比较弱的缺点,被广泛地应用在环境检测、催化化学、有机化学和生命科学等领域。本文利用密度泛函理论计算方法对农残噻菌灵分子的SERS光谱进行模拟,并探讨SERS增强机理。系统研究了噻菌灵在金团簇的吸附行为和SERS增强效应,得到金团簇在噻菌灵分子上的最佳吸附位置。利用五种吸附结构(噻菌灵-Au n,n=1-5)对噻菌灵与金团簇的相互作用进行了理论研究,研究表明噻菌灵-Au 4最稳定。结合拉曼光谱和理论计算的结果,借助高斯软件的图形化功能,对噻菌灵分子的振动模式、普通拉曼光谱和SERS光谱进行了系统的指认。     

表面增强拉曼散射(SERS)衬底的研究及应用

表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)是通过吸附在粗糙金属表面或金属纳米结构上的分子与金属表面发生的等离子共振(SPR)相互作用而引起的拉曼散射增强现象,是一种高灵敏的探测界面特性和分子间相互作用的光谱手段。文章归纳总结了近年来常用的SERS衬底的制备方法(溶液中的金属溶胶(MNPs in suspension)、 金属纳米粒子的自组装(self-assembly)、 模板法(Template method)和纳米光刻法(Nanolithographic)等;综述了这些衬底的表面增强拉曼特性;着重介绍了SERS增强在环境监测和生物医学应用上的最新国内外研究动态。目前已经能够实现增强因子高、 可靠性好、 重现性强的SERS衬底的可控制备,表明SERS可以作为一种高性能的分析探测工具,充分实现其潜在应用价值。     

基于DFT的间羟基苯甲酸分子表面增强拉曼光谱研究

本文研究了间羟基苯甲酸(m-hydroxybenzoic acid,MHBA)的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对MHBA分子进行了几何结构优化,在此基础上计算了MHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,间羟基苯甲酸分子通过羧基与羟基共同吸附构型的计算结果比该分子通过羧基吸附构型的计算结果更符合实验值。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。     

咖啡酸分子表面增强拉曼光谱的理论与实验研究

咖啡酸（CA）是一种具有很高的医学价值的药物成分,在抗菌抗病毒方面应用广泛,尤其是咖啡酸及其衍生物在抗肿瘤方面有着巨大作用,现在对咖啡酸的相关研究越来越多,但大部分都是关于咖啡酸医学性质的研究,所以对咖啡酸分子的微观结构研究是非常有必要的。目前关于CA在Ag表面上的表面增强拉曼散射（SERS）光谱的理论与实验结合的研究尚未见报道,而对其振动光谱及表面增强机理的研究可以为咖啡酸的各种药学机理的研究提供一种科学的物理解释,所以有必要将密度泛函理论（DFT）方法与表面增强拉曼散射技术相结合,对咖啡酸在Ag纳米颗粒上的吸附性质及表面增强机理进行全面的研究,这对推进它们在医药学等领域的相关研究有着重要的参考价值。采用SERS与DFT技术对CA分子在Ag纳米颗粒表面上的表面增强拉曼光谱进行了研究。在实验方面,利用热还原反应原理,使用柠檬酸三钠和硝酸银在加热搅拌情况下制备Ag纳米颗粒,并使用激光共聚焦显微拉曼光谱仪测量了CA分子的常规拉曼散射（NRS）光谱及其表面增强拉曼散射（SERS）光谱。在理论计算方面,采用DFT的B3LYP方法,以6-31+G**和LANL2DZ分别作为C,H,O和Ag的计算基组来优化咖啡酸的分子构型,羟基与Ag₄的吸附构型,羧基与Ag₄的吸附构型,羟基与羧基共同与Ag₄吸附的构型,并以此为基础分析计算了CA分子的NRS光谱以及三种可能吸附模型的SERS光谱,并结合实验结果进行比较。同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。根据实验数据和理论结果分析,在452 cm-1处的谱峰归属为环面外弯曲振动和O-H面外弯曲振动的耦合,这说明CA分子上的酚羟基是与Ag纳米颗粒表面作用的,不过相互作用较弱,推测CA分子平面可能与Ag基底表面不垂直;出现在1 338 cm-1处的谱峰归属于COO-伸缩振动,则可以说明CA分子上的羧基可能与Ag纳米颗粒垂直吸附。结果表明,CA分子是以羧基和酚羟基为吸附位吸附在Ag纳米颗粒表面上的。同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。该工作对推进咖啡酸在生物医药等领域进一步的应用将起到重要作用。     

修饰银电极上单壁碳纳米管的表面增强拉曼散射

本文采用修饰了银纳米颗粒的银电极作为基底,获得了高质量的单壁碳纳米管(SWCNTs)的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。在1100~1500 cm-1范围内观测到了一组表征SWCNTs结构的新峰。修饰在银电极上的银纳米颗粒不仅可以保证SWCNTs在这一体系中吸附的紧密性,而且通过变面等离子体共振起到了电磁放大的作用。通过对银纳米颗粒修饰银电极表面SWCNTs的SERS光谱及其随电位变化的SERS光谱的研究,我们可以研究这一过程中的SERS机制。理论和实验结果表明,银纳米颗粒修饰银电极上单壁碳纳米管的SERS很有潜力成为一种检测单壁碳纳米管合成质量的新方法。     

苯甲酸的羟基取代物在银纳米颗粒表面的吸附行为的研究

分别以覆银滤纸和银胶溶液中的银纳米颗粒为基底,对苯甲酸的三种羟基取代物(n-HBA,n=P,M,O)进行了表面增强拉曼散射(SERS),发现PHBA分子在覆银滤纸上的SERS光谱和银胶中的SERS光谱明显不同,而MHBA分子和OHBA分子在两种基底上的SERS光谱却很相近。分析表明这些变化都来源于分子在银纳米颗粒表面吸附行为的变化,基底的表面特性和分子的表面构型对分子在基底表面的吸附行为会产生很大的影响。     

维生素K3的表面增强拉曼光谱研究

首次报道了维生素K3 (VK3 )分子的常规拉曼光谱 (NRS)及该分子在活性衬底银镜上的表面增强拉曼散射 (SERS) ,并对它的拉曼特征谱带进行了初步的指认和归属。通过对比VK3 的常规拉曼光谱和SERS谱 ,发现VK3 分子吸附在银表面后拉曼散射强度被大大增强了。另外 ,VK3 的羰基与银粒子发生电荷转移后形成负离子自由基 ,碳氧双键打开。受VK3 分子吸附在银镜表面的影响 ,萘环结构发生了很大的扰动 ,导致一些拉曼特征峰产生位移 ,环变形振动对应的拉曼散射强度得到了增强。这些研究结果为SERS技术今后对VK3进行药物检测以及痕量分析方面的应用提供了依据。     

噻菌灵在纳米银胶表面吸附的表面增强拉曼光谱研究

噻菌灵(TBZ)属苯并咪唑类杀菌剂,容易在水果、蔬菜及相应的果蔬饮品中形成有毒残留。基于密度泛函理论(DFT)的量子化学计算方法和表面增强拉曼光谱(SERS)技术,从理论和实验角度系统研究了噻菌灵在纳米银胶粒子表面的吸附行为和增强效应。采用柠檬酸钠还原法制备了具有表面增强拉曼散射活性的银纳米溶胶,并对水相的噻菌灵进行了SERS光谱研究。利用TBZ-Ag₄四种吸附模型对噻菌灵与银纳米溶胶的相互作用进行了理论分析。结合FT-Raman光谱和B3LYP/6-311G(d)理论计算的结果,借助Gaussian View5.0程序的图形化功能,对噻菌灵分子的振动模式、FT-Raman振动光谱和SERS光谱进行了系统的指认。研究结果表明：噻菌灵分子的所有原子在同一平面上,属于Cs对称性;其在银纳米溶胶表面具有十分显著的表面增强拉曼活性;分子中的S原子与银胶粒子发生吸附作用,并通过该分子的长轴方向垂直于银纳米银胶表面;可利用SERS光谱方法对痕量的噻菌灵进行快速检测。为研究噻菌灵的特性以及其快速检测提供了理论和实验依据。     

金溶胶中邻羟基苯甲酸吸附行为的密度泛函理论与实验研究

研究了邻羟基苯甲酸(OHBA)的常规拉曼散射(NRS)光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。以氯金酸为原料,柠檬酸三钠为还原剂,用化学还原法制备了球形的金纳米粒子溶胶,采用激光显微拉曼光谱仪(激发波长为785 nm),测定OHBA分子的NRS光谱及其吸附在Au纳米颗粒上的SERS光谱。同时,应用密度泛函理论(DFT),在B3LYP/6-31+G**(C,H,O)/LANL2DZ(Au)水平上,对OHBA分子进行了结构优化,在此基础上计算了OHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,OHBA分子通过羧基吸附构型的计算值比通过羟基吸附构型的计算值与实验值符合的更好。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。通过对邻羟基苯甲酸分子拉曼谱峰的详细指认能够得出：Au溶胶中的邻羟基苯甲酸分子,是通过羧基倾斜地吸附在Au纳米颗粒表面的。可视化软件直观形象地展示出了该分子的结构特征和分子基团振动情况,对其振动峰位的归属提供了重要依据。本文工作对推进邻羟基苯甲酸在生物医药等领域进一步的应用具有重要作用。     

表面增强拉曼光谱研究胞嘧啶在银胶上的吸附行为

为探讨胞嘧啶(Cytosine,Cy)在基底银表面的吸附特性和规律,采用表面增强拉曼散射(SERS)光谱对其吸附行为进行分析,并结合量子化学密度泛函理论(DFT)/B3LYP计算方法对Cy分子的常规拉曼光谱(NRS)及Cy与Ag团簇吸附的SERS光谱进行计算,与测定结果进行比对且对其拉曼峰进行系统指认及归属,理论计算结合实测值探讨了Cy在基底Ag上的增强效应和吸附行为。考察了Cy分子在Ag纳米粒子上的不同吸附时间、浓度、pH等条件对SERS光谱的影响及优化,发现pH影响最大,在中性和强碱性条件下的增强效应明显优于酸性。Cy分子存在2种不同的异构体和3种不同的存在形态,并随酸度变化相互转化而达动态平衡。基于Cy在不同pH时的形态分布和相应的SERS变化规律,结合DFT算得的Cy分子中的电荷分布及在银基底表面的吸附机制,详细探讨了酸碱对Cy分子的SRES光谱影响的内因和吸附机理,指出在中性和弱碱性时,是Cy中的N3和O与Ag形成配位吸附;在pH大于11时,N与Ag形成配位吸附,而O与Ag形成共价吸附。     

Experimental (FT-IR) and theoretical (DFT) studies on the adsorption behavior of p-nitroaniline (PNA) on gold nanoparticales

This paper reports the studies on the adsorption behavior of p-nitroaniline (PNA) on gold nanoparticales by experiment (FT-IR) and theory (DFT). On dried filter paper coated with gold nanoparticles and in gold aqueous colloids, surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of p-nitroaniline (PNA) are studied by FT-IR excitation. The Raman frequencies of these two models for the p-nitroaniline (PNA) molecules on different substrate using DFT-B3PW91 with lanl2dz are calculated. Here it is demonstrated the calculated Raman frequencies are in good agreement with experimental values. Experimental (FT-IR) and theoretical (DFT) studies indicate that the adsorption behaviors of PNA molecules are different on these two substrates: in gold aqueous colloids, PNA molecules are adsorbed through the nitro group; while on the gold-coated filter paper, they are titled and there is a certain angle between the benzene rings and the surfaces of gold nanoparticles.     

巯基苯甲酸在电化学沉积的金/银薄膜表面的吸附行为

通过表面增强拉曼散射(SERS)技术和密度泛函理论(DFT)研究对巯基苯甲酸自组装在电化学沉积的金和银薄膜表面的吸附行为.结果表明电化学沉积的金和银薄膜是良好的SERS活性基底. 通过对巯基苯甲酸的SERS光谱分析和DFT理论计算,以及表面选择定则,得到了对巯基苯甲酸主要通过羧基自组装在电化学沉积银膜表面,并且苯环表面可能和银表面有一倾角,对巯基苯甲酸主要通过硫原子和金表面相互作用,并且苯环平面可能和金膜表面有一个倾角     

激光拉曼光谱研究苏丹红Ⅲ分子的吸附方式

用近红外傅里叶拉曼光谱研究了苏丹红Ⅲ分子在覆银纳米颗粒的抛光铝片表面上的吸附行为,得到了一系列高质量的增强拉曼散射（SERS）谱图。对苏丹红Ⅲ分子在银胶溶液、覆银滤纸、覆银粗糙铝片上的SERS谱进行比较,结果表明苏丹红Ⅲ分子在各基底上与银纳米颗粒表现出不同的吸附行为。在银胶溶液中,苏丹红Ⅲ分子主要是通过N=N双键吸附在银纳米颗粒上的;在沉积了银纳米颗粒的滤纸表面,同样地,主要是由N=N双键吸附;而在沉积了银纳米颗粒的抛光铝片表面,不仅N=N双键参与了吸附,苏丹红Ⅲ分子中的羟基与银颗粒有相互作用,并且铝片上的氧化铝颗粒也可能吸附了苏丹红Ⅲ分子。     

基于表面增强拉曼光谱技术的海洋污染物多氯联苯吸附特性分析

海洋中多氯联苯污染监测受到广泛关注,采用表面增强拉曼光谱(SERS)和密度泛函理论(DFT)方法探究四种代表性的多氯联苯(PCB15,PCB28,PCB47和PCB77)的拉曼光谱差异以及在金纳米表面的吸附特性,并对比了物质吸附特性差异对各自SERS定量检测的影响规律.首先,计算了多氯联苯的拉曼光谱和振动模式贡献,并与...     

温度对苯甲酸衍生物在银胶体系中的SERS的影响

本文报道了温度对银胶体系中的苯甲酸衍生物(PHBA,MHBA,SA)水溶液的表面增强拉曼散射(SERS)的影响。将苯甲酸衍生物水溶液与银溶胶混合后加热至沸腾,再冷却至室温(20℃左右)后测得SERS谱。将其与未加热混合液的SERS谱相比较发现这些分子加热前后的SERS谱中存在许多明显的差异。这种差异可能来自于苯甲酸衍生物在银胶颗粒表面的吸附方式的变化以及吸附的分子与溶液中残留的柠檬酸根在加热作用下发生的相互影响共同作用的结果。     

SERS activity of Au nanoparticles coated on an array of carbon nanotube nested into silicon nanoporous pillar

A novel composite structure, Au nanoparticles coated on a nest-shaped array of carbon nanotube nested into a silicon nanoporous pillar array (Au/NACNT/Si-NPA), was fabricated for surface-enhanced Raman scattering (SERS). The morphology of the Au/NACNT/Si-NPA composite structure was characterized with the aid of scanning electron microscopy, X-ray diffraction instrumentation and Transmission electron microscopy. Compared with SERS of rhodamine 6G (R6G) adsorbed on SERS-active Au substrate reported, the SERS signals of R6G adsorbed on these gold nanoparticles were obviously improved. This was attributed to the enlarged specific surface area for adsorption of target molecules brought by the nest-shaped CNTs structure.     

氯化亚锡吸附与配位作用下L-肌肽的表面增强拉曼光谱

利用在电极表面强化学吸附的氯化亚锡与被测有机/生物分子之间的相互作用,不仅可以有效消除被测分子的碳化和氧化现象,还可以获得特别的增强信号,可应用于反应活性强的有机/生物分子的表面增强拉曼光谱分析。还报道了肌肽的电化学表面增强拉曼散射(SERS)光谱的研究结果,重点考察了加入氯化亚锡前后和改变电极电势对肌肽吸附SERS光谱的影响。无氯化亚锡时,肌肽的SERS光谱存在严重的碳化信号的干扰;氯化亚锡存在下,调控电极电势可引起吸附的氯化亚锡与肌肽在电极表面发生配位作用,借助这种表面相互作用,可将肌肽固载于基底表面,从而获得L-肌肽的高质量表面增强拉曼光谱,完全消除碳化现象的干扰。