运用表面增强拉曼散射(SERS)和密度泛函数理论(DFT)模拟计算研究对硝基苯胺在金纳米颗粒表面吸附行为

在沉积金纳米颗粒的干燥滤纸上进行对硝基苯胺的表面增强拉曼散射(SERS)光谱研究,并与对硝基苯胺在金胶水溶液中的表面增强拉曼散射(SERS)光谱相比,分子拉曼光谱发生了很大变化。同时利用DFT理论计算对硝基苯胺在金胶颗粒上的吸附行为的拉曼光谱。DFT理论模拟计算和FI-Raman实验分析都表明这种变化源于对硝基苯胺的不同吸附方式。SERS和DFT结合研究分子的吸附是一种有效的技术。     

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。     

六氢吡啶的表面增强拉曼散射研究

表面增强拉曼光谱在化学、生物及表面科学等领域都有广泛应用, 因此六氢吡啶的表面增强拉曼光谱的研究具有重要意义。实验用法国JOBIN YVON公司的光谱仪测定了六氢吡啶的正常拉曼光谱及其在银溶胶、银膜表面的表面增强拉曼光谱(SERS), 确保了实验结果的可靠性。利用表面增强拉曼散射技术研究了六氢吡啶的拉曼谱, 对它的拉曼峰进行了指认, 并得出了在银表面的吸附方式。同时分析了六氢吡啶在银溶胶及银膜表面拉曼散射光强增强程度不同的原因。     

腺嘌呤、嘌呤和四并苯的表面增强拉曼光谱随温度的可逆变化

用硝酸腐蚀法处理得到了具有表面增强拉曼光谱 (SERS)活性的银表面。在表面温度于 - 1 90℃～30℃变化时 (上升和下降 ) ,分别测定了吸附在银表面上的腺嘌呤、嘌呤和四并苯的表面增强拉曼光谱 ,观察到一系列有关拉曼峰频率和强度的可逆变化。结果表明 ,温度降低 ,吸附分子SERS中受电磁增强机制作用的振动的拉曼位移发生蓝移 ,同时峰强度也有变化 ;而受化学增强机制作用的振动的拉曼位移则不受温度的影响。温度的变化导致分子平面可弯曲分子在金属表面的取向发生变化 ,如腺嘌呤和嘌呤在高温下取直立态 ,而平面的对称分子 (如四并苯 )在表面上的取向则不受温度的影响。     

表面增强拉曼光谱在非水体系中的研究进展

本文论述了表面增强拉曼光谱（ＳＥＲＳ）在非水体系中的研究历史、现状及应用前景,系统阐述了非水体系固／液界面结构、无机离子和有机分子的吸附以及非水电极过程方面ＳＥＲＳ技术的研究进展。     

三种不同银纳米粒子SERS基底比较研究

表面增强拉曼光谱(SERSp)技术是一种新兴的分析检测技术,由于其对样品分析灵敏度高、检测时间短以及样品所需量小等优点,近年来该技术已在生物医学,化学等领域得到广泛的应用,同时表面增强拉曼散射(SERS)基底的制备已成为该领域的研究热点。本文主要对三种以银纳米粒子(AgNPs)的SERS效应为基质的拉曼活性基底:毛细管-AgNPs,二氧化钛-AgNPs和滤纸-AgNPs进行比较研究。首先分别用三种基底对罗丹明6G(R6G)分子进行拉曼光谱采集及分析,找出三种SERS基底相应的最佳制备条件。最后用这三种最佳条件下制备的SERS基底对同一个健康人血清进行拉曼光谱检测,并对结果进行分析比较。初步结果:三种SERS基底都是可靠的和实用的;二氧化钛-AgNPs基底灵敏度相对较高,但制备过程较复杂;滤纸-AgNPs基底灵敏度其次;毛细管-AgNPs基底及滤纸-AgNPs基底的制备均较为简单。因此,从实用角度考虑,滤纸-AgNPs基底比较适合血清的表面增强拉曼光谱检测与分析。     

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。     

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。     

二苯基脲类化合物在银电极上吸附行为的SERS研究

利用表面增强拉曼光谱(SERS)方法分别研究了二苯基胍(DPGA)、二苯基脲(DPU)和二苯基硫脲(DPTU)在硫酸溶液中银电极表面上的吸附行为。结果表明:质子化的DPGA通过苯环的π电子作用吸附,吸附取向为平行吸附;DPU通过N原子上的p π电子作用吸附,吸附取向为倾斜吸附;DPTU通过苯环上的p π电子作用吸附,吸附取向为平行吸附。三种有机物的结构与吸附行为的关系也被讨论。     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

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。     

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。     

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。     

Potential‐induced Raman behavior of individual (R)‐di‐2‐naphthylprolinol molecules on a Ag‐modified Ag electrode

The applicability of surface‐enhanced Raman spectroscopy is demonstrated to probe the adsorption behavior of individual molecules on a Ag electrode. High‐quality SERS spectra of (R)‐di‐2‐naphthylprolinol (DNP) were obtained from ultradilute solutions (10⁻¹² M ) on the Ag‐nanoparticle‐modified Ag electrode, which is attributed to the high electromagnetic (EM) effect of the SERS‐active system as well as to the strong adsorption and interaction of DNP molecules with Ag. The stable SERS spectra present remarkable potential dependence, which gives evidence for the behavior of individual DNP molecules on the Ag surface. Based on statistical analysis for the probability of DNP molecules located in ‘hot spots’, we propose an SERS mechanism for individual molecules in the electrode system, in combination with the hot‐spot model and orientation of the probe molecules. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

三维金字塔立体复合基底表面增强拉曼散射特性

表面增强拉曼散射(SERS)是一种广泛应用于化学反应检测、医学诊断和食品分析等领域的高灵敏度光谱技术.基底结构的构建对提高探针分子的SERS信号有非常重要的影响.本文利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包裹银纳米颗粒制备了一种三维金字塔立体复合SERS基底,实现了对罗丹明6G (R6G)分子的高灵敏度检测.通过调节银纳米颗粒在PMMA丙酮溶液中的分散密度,实现了光在金字塔谷内的有效振荡,既保证了三维结构高密度的"热点"效应,又避免了由于金属-分子相互作用引起的吸附探针分子变形导致的信号失真等问题.同时,有效防止了银纳米颗粒的氧化,为探针分子提供更大的电磁增强作用范围,使增强的拉曼信号产生稳定的输出.此研究结果不仅提供了一种高性能、可重复使用的SERS基底的有效策略,也会对未来设计改进三维结构的SERS基底有指导意义.     

溶液酸碱性对腺嘌呤分子吸附构型影响的SERS光谱研究

核酸碱基是构成核酸的基本单元,有关核酸碱基结构的研究是核酸研究工作的重要基础。本研究借助于表面增强拉曼散射技术,对不同pH值条件下腺嘌呤分子在金表面的吸附构型及其变化特征进行了研究。研究结果表明,随着溶液酸性的增强、腺嘌呤分子质子化程度的增大,腺嘌呤分子在金表面的吸附态倾向于由通过氨基和嘌呤环上7位的氮原子作为结合点的直立吸附转变为分子平躺的吸附形式。这一转变过程通过腺嘌呤的环呼吸全对称伸缩振动的特征谱峰其强度有规律的显著变化而得以表征。有关这一谱峰的增强作用可以通过表面增强拉曼散射的电荷传递(CT)机理来加以说明。     

表面增强拉曼散射检测分析物分子的研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高效,灵敏,无损检测等特点,能实现对分析物分子的极低浓度检测,被广泛应用于痕量分析领域。在生产和生活中,有些毒性物质或非法添加剂被人体摄入或长期接触后,在体内不断累积,最终导致中毒或者组织器官发生病变;环境中过量的有害物质残留,由于其本身的毒性或者使菌株和害虫产生抗药性而造成的生态系统破坏,会严重影响人们的正常生活;有些生物分子伴随疾病产生,可作为疾病的标志物,能给予人体健康诊断信息;有些抗癌药物由于本身具有毒性,使用时需要严格控制用量。因此,利用SERS技术对各领域分析物分子的微量检测意义重大。对SERS技术的发展、SERS增强机理和检测分析物分子的意义做了简单介绍,以化学分析、环境监测、生物医学和食品安全等领域部分分析物分子为切入点,重点介绍了SERS基底的制备工艺和检测分析物分子的检出限,并对拉曼增强机理进行阐述。检测低浓度的分析物分子,主要依靠SERS基底与分析物分子之间的有效吸附,通过基底产生的局域电磁场或者基底与分析物分子形成新的化学状态,使分析物分子拉曼信号增强。同时指出在对分析物分子定性定量分析方面面临的诸多挑战：(1)SERS基底大多以金银为原材料,成本高且不稳定,对分析物分子检测能力随时间延长而降低;(2)分析物分子在基底表面分布不均,导致点对点之间差异大,分析物分子浓度无法通过拉曼特征峰强度来准确获得且拉曼信号易受荧光和背景噪声干扰;(3)微量毒性分析物分子无法被检测出来,通过食物链或生态系统持续在人体累积,最终对人体造成不可逆的损伤。总结了不同领域常见的分析物分子,为利用SERS技术检测各领域分析物分子提供了分析和比较的基础,并为不同SERS基底的拉曼增强效果提供参考,对于推动SERS技术检测不同领域分析物分子具有重要意义。     

Distinguishable behavior of multiple and individual rhodamine‐6G molecules on spherical Ag nanoparticles examined via time dependence of the SERS spectra

We report a surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) investigation to probe the adsorption and dynamic behavior of rhodamine 6 G (Rh6G) molecules on spherical Ag nanoparticles which were produced via laser ablation in liquid. Assembly of the colloidal Ag nanoparticles on a cover glass was used to work as SERS substrates on which high‐quality SERS spectra of Rh6G were obtained with interesting time dependence when using low and ultralow concentrations, respectively. The variation of SERS spectra over time was identified with the adsorption behavior of multiple and individual molecules on the Ag nanoparticles. Analysis indicates that the adsorbed Rh6G molecules can desorb away from the initial locations on the substrate under continuous laser excitation; simultaneously, some individual molecules can move and become trapped in the gap between the aggregated Ag nanoparticles. These investigations help to clarify the origins of forming ‘hot‐spots’ which host probe molecules and hence improve the understanding of mechanisms for single‐molecule SERS spectroscopy. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

SERS detection of proteins on micropatterned protein‐mediated sandwich substrates

One of the greatest challenges in developing protein chips is the detection of trace amounts of proteins on their surfaces. Traditionally employed techniques, such as optical microscopy and fluorescence, are effective and widely used, but it is sometimes hard to obtain fingerprint signals of biomolecules. In this paper, we use surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy as a platform for protein detection. Micropatterned protein‐mediated Au/Ag sandwich structures were employed as the detecting objects. Two types of proteins, pure hemoprotein and immunocomplex, were used as the media. Au/Ag layers were used as the SERS substrates. The resulting spectra showed good sensitivity and resolution. It indicates that SERS is a powerful tool in protein detection and has great potential for application in protein chips. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

金纳米-Nylon柔性膜基底的制备及其SERS性能研究

表面增强拉曼光谱（SERS）是目前最灵敏的分析技术之一,广泛应用于生命科学、材料科学、环境科学及分析化学等领域。SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围,是推动该技术发展的关键,高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。为了获得最佳的拉曼信号,对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。柔性SERS基底因具有良好的柔韧性,3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势,在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点,将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合,通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数,制备了高SERS活性的金纳米-Nylon（Au-Nylon）柔性膜基底。研究表明,金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上,纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用,形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体,Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层,有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面,产生SERS“热点”效应,提高其SERS性能。利用结晶紫（CV）作为SERS探针分子,对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析,发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底,当单次过滤金溶胶1 mL,与膜结合2次,总结合量2 mL时,CV探针分子的SERS信号最强,SERS活性最强。采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5,1×10-5,1×10-6,5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测,发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1,增强因子达到1.0×104。此外,Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好,相对平均偏差为11.8%。Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中,仍具有良好SERS活性,对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。由此可见,研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性,并具有较好的SERS活性,该方法简单且易批量制备,无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。