葡萄糖分子的表面增强拉曼光谱研究

本文以密度泛函理论(density functional theory, 简称DFT)采用B3LYP混合泛函和6-31++G(d, p)基函数组计算的葡萄糖的分子振动光谱为根据, 首次对葡萄糖分子的常规拉曼光谱(NRS)进行了详细的指认, 并对葡萄糖分子的振动模式进行了归属。在以4-巯基吡啶为桥联剂分子修饰的银镜衬底上, 观测到葡萄糖分子的表面增强拉曼散射(SERS), 并对葡萄糖分子在银表面的吸附状态进行了分析。     

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。     

双酚A拉曼光谱的密度泛函理论计算及表面增强拉曼光谱研究

以密度泛函理论(DFT),RB3LYP/6-311G(d)方法计算得到的双酚A(BPA)分子振动光谱为依据,对BPA分子常规拉曼光谱进行了详细的指认,对其振动模式进行了归属.研究了BPA在金胶体系中的表面增强拉曼光谱,对其吸附方式进行了分析:BPA分子在酸性pH下,分子以=CO-吸附到金溶胶上,-OH键的振动消失,苯环以直立方式垂直于金胶上.     

半胱氨酸在银基底表面吸附机理的拉曼光谱研究

以具有表面增强拉曼散射 (SERS)活性的银镜为基底 ,将半胱氨酸组装到银基底表面 ;主要通过调整氨基酸溶液的pH值控制该组装过程。利用表面增强拉曼散射光谱对半胱氨酸小分子在银基底表面的吸附方式、作用机理进行了详细的探讨和研究。结果表明 ,只有当溶液的pH值接近或高于等电点时 ,半胱氨酸分子才能以 -COO- Ag+形式被有效组装到银基底的表面 ,形成表面带有自由疏基 (-SH)的半胱氨酸单分子膜 ,从而为硒代环糊精以 -S-Se-键形式组装到上述组装体系的表面提供了可能。本文的研究将为利用分子光谱探索含硒酶活性机理和进一步提高酶活性奠定基础。     

以新型银胶为衬底的超低浓度R6G的拉曼光谱检测

利用柠檬酸钠还原硝酸银的原理,提出了一种微波加热制备银胶体粒子的新方法,得到了颗粒大小较均匀的灰色银胶体。以提纯后的银胶为表面增强拉曼散射衬底,研究了超低浓度染料大分子罗丹明6G分子的表面增强拉曼散射,得到浓度分别为10-12mol/L、10-13mol/L和10-14mol/L的罗丹明6G的表面增强拉曼散射光谱,初步实现了罗丹明6G的单分子检测,证明该新型银胶衬底有非常强的表面增强拉曼活性。同时根据表面增强拉曼散射“热点”的增强机理,分析了获得超低浓度R6G的表面增强拉曼光谱的原因。     

石墨烯-银纳米颗粒复合结构制备工艺优化及表面增强拉曼光谱特性

在石墨烯-Ag纳米颗粒复合结构表面增强拉曼散射（SERS）基底常规制备工艺的基础上,提出了采用偶联剂吸附的方法来改善Ag纳米颗粒在目标基底上分布的均匀性;采用双层聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）来转移石墨烯,以减少石墨烯表面的缺陷;采用退火处理的方法来降低SERS基底的拉曼背景噪声,从而提高拉曼光谱的对比度。实验结果表明,采用优化制备工艺得到的复合结构SERS基底均匀性有较大提高,石墨烯G峰和2D峰的增强拉曼光谱对比度分别提高了54.9%和64.3%,罗丹明6G（R6G）分子在774和1 363 cm-1处的拉曼光谱强度随浓度变化关系的拟合优度（R2）分别达到了0.997 5和0.986 7。     

二硫化四甲基秋兰姆的表面增强拉曼光谱研究

制备了两种简单常用的具有表面增强拉曼(SERS)活性的银基底—银镜和硝酸刻蚀银箔,并应用于二硫化四甲基秋兰姆(福美双)的检测及其结构变化的分析。SERS技术提供了不同浓度下的二硫化四甲基秋兰姆分子的振动信息,发现当其与金属银基底作用后,二硫键断裂,并且通过化学作用吸附在银基底表面。通过分析不同浓度福美双分子吸附在银表面的拉曼光谱,证明其在金属表面存在两种吸附方式即表现为单齿形和双齿形两种几何形状。这些光谱及结构信息有助于理解和检测自然环境中二硫化四甲基秋兰姆及其分解产物。同时也对二硫代氨基甲酸盐类化合物的研究有一定的借鉴意义。     

利用表面增强喇曼散射研究银表面上结晶紫分子的吸附

以表面增强曼散射为测量手段，详细讨论结晶紫分子在银镜表面上的吸附动力学。发现结晶紫的吸附是匀相的；表面形态的差异仅影响吸附速率常数，不改变多相因子（ｍ＝１）和脱附速率常数（ｋｄ＝０）。利用吸附等温线估算结晶紫分子在银镜上的吸附能，Ｕ≈５０ｋＪ／ｍｏｌ。不同银镜上ＣＶ分子的吸附能相同；但吸附位置密度有差异，银镜的增强效果与此有关。     

Au_(core)@Pt_(shell)/GC电极上甲醇解离中间体CO氧化的SERS研究

本文采用共焦显微拉曼系统对不同介质中甲醇解离中间体CO在Aucore@Ptshell/GC电极上的氧化行为进行了研究。结果显示,不论在酸性、中性还是碱性介质中,甲醇均能在Aucore@Ptshell/GC电极上自发氧化解离出强吸附中间体CO;较低电位下,CO在酸性和中性介质中以线性吸附为主,碱性介质中则以桥式吸附为主。此研究表明,电极在中性及碱性介质中对甲醇解离中间体CO的电氧化比在酸性介质中有更好的催化活性,原位表面增强拉曼光谱技术有望拓展成为研究电催化反应的有效工具。     

基于“热点”效应的表面增强拉曼散射光谱研究

本文利用罗丹明6G在银胶体粒子聚集点上的表面增强拉曼光谱的强度变化,采用逐点扫描获得拉曼光谱的"Mapping"方法,获得了不同的银胶体粒子聚集点对吸附的R6G表面增强拉曼光谱强度的影响。分析了"热点"对拉曼散射的增强的作用,表明"热点"的增强强度和纳米粒子的聚集程度有关。     

Fabrication and characterization of SERS‐active silver clusters on glassy carbon

In this article, a novel technique for the fabrication of surface enhanced Raman scattering (SERS) active silver clusters on glassy carbon (GC) has been proposed. It was found that silver clusters could be formed on a layer of positively charged poly(diallyldimethylammonium) (PDDA) anchored to a carbon surface by 4‐aminobenzoic acid when a drop containing silver nanoparticles was deposited on it. The characteristics of the obtained silver clusters have been investigated by atomic force microscopy (AFM), SERS and an SERS‐based Raman mapping technique in the form of line scanning. The AFM image shows that the silver clusters consist of several silver nanoparticles and the size of the clusters is in the range 80–100 nm. The SERS spectra of different concentrations of rhodamine 6G (R6G) on the silver clusters were obtained and compared with those from a silver colloid. The apparent enhancement factor (AEF) was estimated to be as large as 3.1 × 10⁴ relative to silver colloid, which might have resulted from the presence of ‘hot‐spots’ at the silver clusters, providing a highly localized electromagnetic field for the large enhancement of the SERS spectra of R6G. The minimum electromagnetic enhancement factor (EEF) is estimated to be 5.4 × 10⁷ by comparison with the SERS spectra of R6G on the silver clusters and on the bare GC surface. SERS‐based Raman mapping technique in the form of line scanning further illustrates the good SERS activity and reproducibility on the silver clusters. Finally, 4‐mercaptopyridine (4‐Mpy) was chosen as an analyte and the lowest detected concentration was investigated by the SERS‐active silver clusters. A concentration of 1.6 × 10⁻¹⁰ M 4‐Mpy could be detected with the SERS‐active silver clusters, showing the great potential of the technique in practical applications of microanalysis with high sensitivity. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

Self‐assembled silver nanoparticle monolayer on glassy carbon: an approach to SERS substrate

In this paper, the fabrication of an active surface‐enhanced Raman scattering (SERS) substrate by self‐assembled silver nanoparticles on a monolayer of 4‐aminophenyl‐group‐modified glassy carbon (GC) is reported. Silver nanoparticles are attached to the substrate through the electrostatic force between the negatively charged silver nanoparticles and the positively charged 4‐aminophenyl groups on GC. The active SERS substrate has been characterized by means of tapping‐mode atomic force microscopy (AFM), indicating that large quantities of silver nanoparticles are uniformly coated on the substrate. Rhodamine 6G (R6G) and p‐aminothiophenol (p‐ATP) are used as the probe molecules for SERS, resulting in high sensitivity to the SERS response, with the detection limit reaching as low as 10⁻⁹ M . This approach is easily controlled and reproducible, and more importantly, can extend the range of usable substrates to carbon‐based materials for SERS with high sensitivity. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Synthesis of indium–silver bimetallic nanocomposites for surface-enhanced Raman scattering

We report on the synthesis of indium–silver bimetallic nanocomposites by chemical reduction method under atmospheric condition and their activity for surface-enhanced Raman scattering (SERS). It is found that the indium–silver bimetallic nanocomposites have better SERS activity with larger enhancement factors (EF) than pure silver nanoparticles with similar size. The SERS EF can reach 10⁷ for 4-mercaptobenzoic acid and 10⁹ for crystal violet and rhodamine 6G adsorbed on the nanocomposites and the detection limits can be at least down to 10^?7 and 10^?10 M, respectively. The results demonstrate that the indium–silver bimetallic nanocomposites are promising as SERS substrate for a myriad of chemical and biological sensing applications.     

Facile synthesis of gelatin‐protected silver nanoparticles for SERS applications

Gelatin‐protected silver nanoparticles have been synthesized by a one‐pot, green method for surface‐enhanced Raman scattering (SERS) applications using gelatin as the reducing and stabilizing agent. The gelatin protection on silver nanoparticle surface helps improve its stability greatly and water dispersibility, while retaining high SERS activity of silver nanoparticles. The gelatin‐protected silver nanoparticles showed SERS signals as low as 100 nM of the typical Raman reporter molecules, RuBPY and R6G and 10 μM of other molecules of interest, melamine and folic acid. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

绿色合成银纳米粒子及其在SERS中的应用

采用无毒、绿色的酪氨酸作为还原剂和稳定剂,在碱性条件下还原硝酸银,经60 ℃恒温水浴处理20 min,成功地合成了银纳米粒子。混合溶液颜色由淡黄色变为棕黄色直观地呈现了银纳米粒子的生成。利用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)对制备样品进行分析和表征。粒子的UV-Vis吸收在412 nm附近。TEM图像显示,银纳米粒子的形状近似球形,粒子直径在15～25 nm。分别以结晶紫(CV)和叶酸(FA)为探测分子,进一步研究了该银纳米粒子的表面增强拉曼散射(SERS)效应。实验结果表明,该合成方法不仅方便、快速、绿色环保,而且合成的银纳米粒子对CV和FA分子有很好的SERS效应。     

利用高活性和重复性的银薄膜衬底SERS检测芥子气及其水解产物

通过化学浴沉积的方法制备了一种高SERS活性和重复性的银薄膜衬底。分别采用扫描电子显微镜和拉曼光谱研究了沉积时间对银薄膜微观形貌和SERS活性的影响, 优化的沉积时间为120分钟。利用优化的银薄膜衬底, 可以检测到10-9 M 的罗丹明分子的SERS谱图, 表明该银薄膜衬底具有很高的SERS活性。相同实验条件下, 在一片银薄膜衬底上任意选择16个点测试R6G的SERS谱图。分别计算了R6G的8个特征峰16次检测的相对标准偏差, 最大相对标准偏差小于13% 。实验结果表明, 该衬底具有很好的重复性, 可应用于SERS 的定量分析。采用优化的银薄膜衬底检测了不同浓度的芥子气及其水解产物硫二甘醇。分别结合芥子气和硫二甘醇的常规拉曼光谱和文献报道, 对它们的SERS谱图进行了指认和归属。20分钟内, 对芥子气和硫二甘醇的检测限可分别达到320 ppm和1 ppm (g/g)。     

Thiol‐immobilized silver nanoparticle aggregate films for surface enhanced Raman scattering

We report a novel method for the fabrication of films of silver nanoparticle aggregates that are strongly attached to Si substrates (Thiol‐immobilized silver nanoparticle aggregates or TISNA). The attachment is achieved by chemically modifying the surface of a Si(100) surface in order to provide SH groups covalently linked to the substrate and then aggregating silver nanoparticles on these thiol covered surfaces. The transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) characterization show a high coverage with single nanoparticles or small clusters and a partial coverage with fractal aggregates that provide potential hot spots for surface enhanced Raman scattering (SERS). We have confirmed the SERS activity of these films by adsorbing rhodamine 6G and recording the Raman spectra at several concentrations. By using the silver‐chloride stretching band as an internal standard, the adsorbate bands can be normalized in order to correct for the effects of focusing and aggregate size, which determine the number of SERS active sites in the focal area. This allows a quantitative use of SERS to be done. The adsorption–desorption of rhodamine 6G on TISNA films is reversible. These features make our TISNA films potential candidates for their use in chemical sensors based on the SERS effect. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于单个花状银纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应研究

在室温下,以硝酸银为银源,抗坏血酸为还原剂,通过调节表面活性剂聚乙烯吡络烷酮的浓度,实现对花状银纳米颗粒的可控制备。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段检测并分析了材料的形貌结构和成分组成。实验结果表明,当聚乙烯吡络烷酮的浓度为0.1 mol/L时,所制备花状银纳米颗粒的表面结构达到最精细的状态且颗粒的尺寸达到微米量级,适合对单颗粒进行定位与光学性质研究。以结构最优化的花状银纳米颗粒为表面增强拉曼散射基底材料,以羟基苯甲酸为探针,对单个和少数颗粒的表面增强拉曼散射效应进行了研究,并借助暗场散射光谱分析了基底的表面增强拉曼散射机理。结果显示,该花状银纳米颗粒因其独特的表面结构为拉曼信号增强提供了大量“热点”。良好的拉曼性能以及较低的制备成本表明,该新型表面增强拉曼散射基底具有很大的应用前景。     

树枝状银微米材料的制备及其表面增强拉曼光谱研究

为使表面增量拉曼散射(SERS)衬底的制备方法简单快速且提高的基底增强效果,采用置换反应的制备方法,用锌片和硝酸银反应制备出微米银结构SERS活性基底,其具有稳定性好,易保存,制备方法简单,过程快速等特点。用扫描电子显微镜观察得银微米材料表面形貌呈均匀对称的树枝状结构。实验中控制置换反应的时间分别为40,50,60 s时,得到的树枝状银微米材料的长度分别为3,5,10 μm左右,分支分别为700 nm,2 μm,3 μm,发现随着置换反应的时间的增长,微米银树枝及分枝的长度越长,且树枝分枝上逐渐长出纳米级“树叶”结构, 使得微米级银树枝表面具有纳米结构。并且将微米银材料置于硅片上作为SERS衬底,并以罗丹明6G为探针分子,用激发波长为1 064 nm的傅里叶变换拉曼光谱仪检测,研究其在表面增强拉曼光谱中的应用,结果表明树枝状银微米材料有很好的SERS特性,其中置换反应时间为40 s时制备的微米银树枝的增强效果最佳,其增强因子可达到103左右,并且采用用表面活性剂PVP处理硅片的方法后,保持其他条件不变,微米银衬底的SERS增强效果得到进一步加强,增强因子达到104左右。此外,将树枝状银微米材料用水可封存数月,且实验结果的重复性较好。     

微腔型银修饰光纤SERS探针的制备及性能研究

提出了一种基于银修饰的微腔型光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针,采用湿法检测,将光纤SERS探针直接放入待测溶液中,以罗丹明6G（R6G）溶液为探针分子,对所制备的光纤SERS探针进行远端实验性能研究。利用氢氟酸化学腐蚀的方法制备了一种微腔型光纤结构,通过控制氢氟酸的腐蚀时间得到了一系列不同腐蚀时间、不同微腔长度的光纤结构。实验研究了光纤结构的微腔长度对光纤SERS探针性能的影响,以浓度为10-3 mol·L-1的R6G溶液为探针分子,通过不断地优化纳米银溶胶与R6G溶液的混合顺序及比例,采用裸光纤微腔结构对混合溶液进行拉曼检测,发现当混合溶液的混合顺序及比例为先后混合等体积的纳米银溶胶和R6G溶液时,此时得到的混合溶液的拉曼信号增强性能最佳。利用得到的混合溶液去寻找拉曼信号增强效果最高时光纤微腔结构的结构参数,实验结果表明,在相同的实验条件下,当光纤放入氢氟酸中腐蚀时间为5 min时,此时光纤微腔结构的拉曼信号增强效果最佳。在显微镜下测量的多组腐蚀时间为5 min的光纤,其微腔长度平均约为81 μm。对得到的光纤微腔结构,采用制备过程可控的磁控溅射技术制备了一系列银纳米薄膜/多模光纤（Ag/MMF）的复合材料。当磁控溅射时间为10 min时,获得了光纤SERS探针（Ag/MMF-10）。实验以去离子水配制了不同浓度的R6G溶液,以不同浓度的R6G溶液为探针分子,Ag/MMF-10探针的远端检测限（LOD）低至10-7 mol·L-1。该光纤SERS探针拉曼信号的再现性光谱检测中显示各个特征峰的相对标准偏差（RSD）均小于10%。同时,该光纤SERS探针对浓度为10-6 mol·L-1的R6G溶液的增强因子（AEF）可高达2.64×106。实验结果表明所制备的银修饰的光纤SERS基底具有较高的灵敏度和良好的再现性。因此,该光纤SERS探针在生物医学检测、农残化学分析等痕量检测方面有潜在的应用价值。