2-噻吩甲酸在Fe3O4@Ag基底上的吸附及表面增强拉曼光谱

采用共沉淀法合成Fe₃O₄纳米颗粒,再以柠檬酸三钠还原AgNO₃获得了具有SERS活性的Fe₃O₄@Ag磁性纳米复合材料。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,从理论计算和实验测定表征探讨了2-噻吩甲酸(2-TCA)在Fe₃O₄@Ag表面的吸附行为和增强效应。结果表明:理论计算得到的拉曼光谱与实际测得的常规拉曼光谱基本一致,而在DFT理论计算中所键连的Ag原子数越多,与实测值就越接近。溶液的浓度和pH对拉曼增强效果有很大的影响,当溶液的pH=3且浓度为1×10^-4 mol·L^-1时有最大拉曼增强效应。峰强随2-TCA浓度的增加呈现先增大后减小的趋势,浓度过大会导致大量2-TCA分子吸附聚集在Ag表面形成局部"拥堵",阻碍了激发光尤其是光谱信号的散射通过,从而减弱了拉曼增强效应。pH的变化使溶液中2-TCA分子形态发生改变,结构形态不同,其在Ag表面的吸附方式也不同。中性C₄H₃SCOOH分子以环上S:形式垂直吸附键合在Ag表面,形成S—Ag配位键而产生SERS光谱。-1价C₄H₃SCOO^-离子以S—Ag配位和O—Ag共价"双键合"侧卧方式共同吸附在Ag表面而产生SERS光谱。在Ag表面,以单独S—Ag配位键吸附或键合的能力比S—Ag配位和O—Ag共价共同吸附方式要弱,但其产生的SERS信号更强,故2-TCA中性分子比2-TCA^-离子更有利于SERS的产生。随着pH值的增加,溶液中的2-TCA由中性分子逐渐转化为-1价的C₄H₃SCOO^-离子,因而在pH>3以后,拉曼增强效应逐步减弱。     

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。     

杀线威在Fe_3O_4/Ag纳米磁粒上的吸附及表面增强拉曼光谱研究

采用共沉淀法合成了Fe_3O_4磁性纳米颗粒,进一步以柠檬酸三钠还原法制备出了具有SERS活性的Fe_3O_4/Ag磁性包覆修饰材料,用紫外可见吸收光谱、能谱及透射电镜对结构与形貌进行表征,发现所制备的Fe_3O_4/Ag纳米材料粒径约为30~60nm,形貌规整接近球形,经测试Fe_3O_4/Ag材料很容易被磁铁收集,能够满足分散萃取再收集的需要。根据密度泛函理论(DFT)对杀线威(Oxamyl)、Oxamyl-Ag和OxamylAg4进行了理论结构优化计算,得到了杀线威的理论拉曼光谱和与Ag表面增强拉曼光谱及其谱峰的归属,结合表面增强拉曼光谱(SERS)测定,研究了杀线威在Fe_3O_4/Ag表面的吸附行为和增强效应,测算得到杀线威在Fe_3O_4/Ag表面上的增强因子为2.08×105。研究表明:理论计算的杀线威拉曼光谱与测定的拉曼光谱具有较好的一致性,DFT理论计算中发现研究分子与活性Ag原子作用越多,与实测值常规拉曼NRS越接近;杀线威以双键侧N原子和S原子与Fe_3O_4/Ag表面吸附作用为主;双键侧N优先与Ag吸附成键后,整个分子靠近Ag表面,最终使得双键侧N原子与S原子共同吸附在Ag表面;Fe_3O_4/Ag磁性纳米复合材料具有显著的富集吸附和拉曼增强作用;可利用其作为拉曼基底,以实现SERS光谱法对杀线威农残的快速分析检测。     

胆红素络合物的表面增强拉曼光谱研究

本文通过对近红外激发傅里叶变换拉曼光谱(NIR-FT-Raman)与表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)技术的联用,测得胆红素及其络合物Na2BR,CaBR与CuBR在银溶胶中的SERS光谱.结果表明,这一类与胆结石密切相关的生物分子络合物具有不同的配位方式,且在银胶表面采取不同的吸附取向,并从配位化学角度初步解释了黑色结石的黑色成因.     

噻虫啉的表面增强拉曼光谱密度泛函理论研究

依据DFT理论的B3LYP方法下,在6-31G(d,p)(C,H,N,S,Cl)/Lanl2dz(Ag)基组,计算得到噻虫啉及其银配合物的稳定结构和表面增强拉曼光谱(SERS)。并进一步探究SERS与Ag4银簇吸附的位置,分子分别以单端(吡啶氮/氰基)和双端(吡啶氮和氰基)与Ag4银簇吸附。通过比较,TPD在双端吸附银簇下比单端(吡啶氮/氰基)吸附下的SERS(频率)更符合实验值。     

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。     

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。     

巯基苯并咪唑在银电极表面的自组装吸附特性及表面增强拉曼光谱

采用循环伏安法处理Ag电极,得到活化的具有表面增强拉曼光谱(SERS)效应的粗糙Ag表面,进一步采用激光拉曼光谱探讨了2-巯基苯并咪唑(MBI)在其表面的自组装分子层的吸附特性。实验表明,在活性Ag表面的MBI自组装分子层能够产生理想的SERS效应,其强度随探针分子MBI浓度的增加先提高后减弱,达到一定浓度时因受其空间位阻等因素的影响,增强效应减弱。MBI在1×10^-6 mol·L^-1 浓度时增强效果最大。拉曼增强效应随着体系酸度的变化有着明显不同,在强酸性条件下的增强效应明显优于中性和碱性条件。MBI分子存在两种不同的异构体和在不同酸度下存在3种不同的存在形态,并形成动态平衡。pH <2时,MBI分子主要以硫酮式MBI⁺存在,并以巯基上的S:与活性Ag以配位方式吸附成键,其整个大π键平面垂直地吸附于Ag表面,产生相对较大的SERS信号。pH >2时,由于硫酮式和硫醇式与活性Ag的键合方式和能力不同,硫醇式上的S与Ag以S-Ag共价方式同时双键侧上的N以配位方式协同参与吸附成键,比硫酮式MBI⁺的单纯配位吸附要强,因而形成了竞争吸附,表现为SERS在pH=2~3.7之间的急剧下降。MBI硫醇式由于以S-Ag、N-Ag键的协同吸附,形成了倾斜侧卧式垂直吸附,而使拉曼增强效应相对减弱。     

哌啶分子在两种不同银电极上吸附行为的实验和理论研究

分别在粗糙银电极和银纳米颗粒修饰银电极上得到了哌啶分子的表面增强拉曼（SERS）光谱。哌啶在银电极与银纳米颗粒修饰的银电极上的SERS谱有很大的区别,分析认为是由于哌啶在不同基底上的吸附方式不同所引起的,据此建立了哌啶吸附在银颗粒表面的两种模型,用DFT-B3PW91-lanl2dz方法计算了两种模型的拉曼频移,通过与实验结果比较说明了哌啶分子主要通过N原子的孤对电子竖直吸附在粗糙银电极表面,而在银纳米颗粒修饰的银电极上则以平行吸附方式为主。     

对炔基苯硫酚在银纳米粒子上的SERS光谱理论研究

对炔基苯硫酚分子吸附在银纳米粒子上表现出较强的表面增强拉曼光谱(SERS)信号。本文采用密度泛函理论(DFT)对炔基在银纳米粒子上不同吸附方式以及振动光谱进行了计算分析。研究结果表明,当炔基与金属之间有相互作用时,C≡C键伸缩振动的频率红移,拉曼强度显著增强。同时也从分子与金属作用角度初步探讨了实验所观测谱线宽度增宽的现象。此外,通过含时密度泛函理论(TD-DFT)进一步研究了吸附分子与金属之间的电荷转移性质,并分析了其预共振拉曼光谱。该工作初步建立了在银表面上炔键的吸附构型与SERS光谱之间的关系。     

Raman and SERS study of metoclopramide at different pH values

Conjugate acid–base forms of the drug metoclopramide were investigated by Raman spectroscopy in aqueous solutions and by surface‐enhanced Raman scattering (SERS), when the molecules were adsorbed on colloidal silver surfaces. Raman spectra were recorded at pH values below 8, metoclopramide being poorly water soluble at higher pH values. The SERS spectra of metoclopramide were recorded in the 3–11 pH range, even in spite of its low solubility at basic pH values. The Raman and SERS spectra were assigned by means of density functional theory (DFT) calculations. By monitoring several SERS marker bands, the protonated, neutral or the coexistence of both molecular species adsorbed on the colloidal silver particles could be evidenced. The adsorbate orientation was deduced to be perpendicular to the metal surface for the protonated molecular species and tilted for the neutral metoclopramide molecular species. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

碱性银胶的表面增强拉曼效应及对牛奶中三聚氰胺的检测

在合成银胶时加入适量的氢氧化钠,得到稳定性和均一性更好的碱性银胶,研究了它对不同浓度拉曼探针分子亚甲基蓝的增强效果。相比普通银胶,浓度的变化不对其和银胶的吸附方式产生影响,根本原因是碱性银胶对亚甲基蓝分子中硫原子的优向吸附而使451 cm-1处信号始终最强。研究了银胶对同浓度不同量的亚甲基蓝分子产生的拉曼增强效应,以及该拉曼增强光谱随时间的变化关系。另外,将该碱性银胶制备成银斑点应用于掺杂三聚氰胺的牛奶样品检测,获得了三聚氰胺掺入量和拉曼信号的线性关系,该方法需要样品量仅5 μL,拉曼光谱检测时间仅需5 s,非常适合快速测定分析,利用碱性银胶对三聚氰胺在691 cm-1处的特征拉曼峰,可在3～60 mg·L-1的范围内测定三聚氰胺的掺杂量,检出限达0.28 mg·L-1。     

Interaction between rhodanine and silver species on a nanocolloidal surface and in the solid state

This paper discusses and compares molecular interactions of rhodanine (Rd), the heterocyclic compound containing N, S, and O atoms, with two forms of silver species, i.e. Ag(I) ions and silver nanocolloidal particles. Vibrational spectroscopic and powder crystallography studies on coordination of Ag(I) ions in the solid state, supported by density functional theory, clearly indicate complexation through the nitrogen (the deprotonated imino group) and exocyclic sulfur atoms. Molecules of the complex are arranged in a one‐dimensional infinite polymeric chain structure that intertwines to give a helix motif. On the other hand, adsorption geometry of Rd on the silver surface was determined by using surface‐enhancement Raman scattering (SERS) spectroscopy. Observed differences between the SERS and the normal Raman spectra of Rd suggest that Rd adsorbs on the silver species after the rearrangement of the keto‐thione form into the enol‐thiol tautomer in acidic and neutral solutions. This leads to adsorption on this silver species through the thiolate ion. On the other hand, the alkaline pH forces first N‐deprotonation of Rd, and, in consequence, the obtained anion of the keto‐thione form interacts with the silver surface as a result of the presence of lone pairs of nitrogen and sulfur atoms, similar to the case discussed for the solid state. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

二苯基乙二胺在银胶表面吸附的表面增强拉曼光谱研究

以银纳米粒子作为SERS活性基底,研究了二苯基乙二胺(DPEDA)在银表面的吸附行为,并研究了溶液的pH值和DPEDA的浓度对吸附构型的影响。对比DPEDA的Raman和SERS谱图,可以认为DPEDA是通过氮原子的孤对电子吸附在银胶表面。在酸性介质中DPEDA的氨基被质子化生成胺正离子,导致DPEDA不容易吸附到银胶表面,所以DPEDA的SERS信号强度随着溶液酸性的增加而减弱。DPEDA的浓度变化对其吸附构型中芳香环的取向影响不大,但是其C-N键与表面的角度会有一定的变化。从SERS光谱得到的信息可以加深我们对DPEDA修饰的金属催化剂的多相不对称催化机理的认识。     

基于L-Cys@Ag分析吲哚美辛的表面增强拉曼光谱

联合紫外、拉曼光谱及其在L-半胱氨酸/银传感器(L-Cys@Ag)的表面增强拉曼散射(SERS)光谱表征吲哚美辛, 并与固体吲哚美辛的常规拉曼光谱(NRS)进行对比, 发现L-Cys@Ag对吲哚美辛有明显拉曼信号放大, 但其特征峰几乎不产生位移。研究不同酸碱环境下, L-Cys@Ag的吸附模型, 分析吲哚美辛在L-Cys@Ag上的拉曼光谱和SERS光谱, 归属拉曼特征峰。结果显示, L-半胱氨酸与银主要以Ag-S键的方式形成稳定吸附, 但是中性和碱性条件时-COO-也会吸附到银表面。结果表明: 半胱氨酸中的氨基与吲哚美辛中的羧基氧、苯环中的π电子发生吸附, 整体能量下降, 使结构更加稳定。加入牛血清白蛋白(BSA)后, pH为5时, SERS强度明显减弱。在pH为7和9时, N-H伸缩振动和酰胺Ⅱ振动明显增强, 吲哚美辛的苯环和吲哚环的特征峰振动消失。其原因是吲哚美辛的苯环和吲哚环进攻BSA后, 吲哚美辛特征振动消失, 但是吲哚美辛中的氮, 羰基与BSA中氨基吸附, 使得C-N和-COO-的SERS信号稳定。这为将来吲哚美辛以及相关非淄体消炎药的改良和新药的研究提供了可靠的鉴别和分析方法。     

Adsorption of 1,2,4‐triazole on a silver electrode: surface‐enhanced Raman spectroscopy and density functional theory studies

The pH‐dependent surface‐enhanced Raman scattering (SERS) of 1,2,4‐triazole adsorbed on silver electrode and normal Raman (NR) spectra of this compound in the aqueous solutions were investigated. The observed bands in the NR and SERS spectra were assigned with the help of density functional theory calculations for model molecules in the neutral, anionic, and cationic forms and their complexes with silver. The Raman wavenumbers and intensities were computed at the optimized molecular geometry. Vibrational assignments of the SERS and NR spectra are provided by calculated potential energy distributions. The combination of experimental SERS results and density functional theory calculations provide an insight into the molecular structure of adlayers formed by 1,2,4‐triazole on a silver surface at varying pH values and enable the determination of molecular orientation with respect to the surface. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Adsorption of aniline on silver mirror studied by surface‐enhanced Raman scattering spectroscopy and density functional theory calculations

The adsorption of aniline on a silver mirror was studied by surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy and density functional theory (DFT) calculation methods. The normal Raman and SERS spectra of pure aniline liquid and its solutions were recorded by a micro‐Raman spectrometer with excitation at 514.5 nm. Orientation of the aniline molecule adsorbed on the Ag mirror is discussed. The results indicate that pure aniline is adsorbed on the surface of the Ag mirror with a tilted orientation. The conformer with the nitrogen atom interacting with the metal surface would be dominant. DFT calculations further confirm the experimental results that charge transfer (CT) takes place from the highest occupied molecular orbital(HOMO) of aniline to the singly occupied molecular orbital (SOMO) of the silver surface. In this paper, the frontier molecular orbital theory has been successfully used to explore the interaction between the aniline molecule and the silver surface. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.