基于整体柱的超灵敏表面增强拉曼检测

本文提出了一种全新的基于整体柱材料的SERS检测方法。通过将探针分子和银溶胶混合后滴加在整体柱上, 我们可以得到浓度低至10-18 mol/L的罗丹明6G(R6G)及10-16 mol/L的对巯基苯胺(PATP)的SERS信号。利用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对银溶胶及整体柱材料进行了表征。通过实验结果可以初步推测, 整体柱材料的表面形态和孔结构可以促进银溶胶产生“热点”。     

Au-Nanoparticle-Array/Aligned-Ag-Nanowire-Based Flexible Dual Plasmonic Substrate for Sensitive Surface-Enhanced Raman Scattering Detection

The fabrication of flexible surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates for sensitive detection on uneven or irregular surfaces is challenging. In this study, a flexible dual plasmonic SERS (FDPS) substrate rationally constructed using Au nanoparticle (AuNP) arrays/aligned Ag nanowires (AgNWs) and elastic polyurethane (PU) is demonstrated. It exhibits high sensitivity (detection limit of 10⁻⁸ m for melamine and 10⁻¹⁰ m for malachite green) and excellent reproducibility. The well-designed structure of AuNP arrays/aligned AgNWs fabricated using block copolymer self-assembly and oil–water–air interfacial self-assembly successfully enhances the electromagnetic field through plasmonic coupling. In addition, the FDPS substrate retains a high SERS sensitivity after exposure to air at room temperature for 30 days because of the high stability of AuNP arrays and antioxidation characteristic of the PU covered on the aligned AgNWs. Even after undergoing stretching, bending, and twisting for 100 cycles, the FDPS substrate maintains a stable SERS activity owing to the introduction of the elastic PU. This study demonstrates a potential application of SERS detection under practical conditions for irregular surfaces and may be helpful in the development of flexible sensors.     

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...     

表面增强拉曼散射光谱结合化学计量学方法对蜂蜜中双甲脒的高效检测

本文建立了一种灵敏、快速、环保的表面增强拉曼光谱(SERS)方法,以银纳米棒阵列为基底,测定了蜂蜜中微量的双甲脒.银纳米棒采用斜角沉积法制备,具有良好的SERS活性,增强因子为～10~7.利用密度泛函理论首先对双甲脒的特征峰进行了归属.进一步探测了该方法用于双甲脒检测的可行性,其对蜂蜜中双甲脒的最低检测浓度为0.08 mg/kg.另一方面,采用偏最小二乘回归分析方法,对SERS全波谱进行分析并与双甲脒的浓度进行关联,建立了一种多元的双甲脒预测模型.结果表明,蜂蜜样本中双甲脒的预测浓度与实际浓度吻合较好.与传统的基于SERS单峰强度的单变量定量模型相比,本文提出的多元预测模型综合了双甲脒的所有特征峰,提高了检测精度和抗干扰能力.     

Applications of Raman and Surface-Enhanced Raman Scattering Techniques to Humic Substances

This paper highlights the use of Raman, FT-Raman and surface-enhanced Raman scattering (SERS) techniques for the study of humic substances. In contrast to other technologies which reveal information only about the average compositions and the kinds of functional groups present in humic substances, Raman and especially FT-Raman spectroscopies characterize the building blocks of humic substances and their changes in derivation and separation processes. Furthermore, surface-enhanced Raman scattering (SERS) techniques are able to readily detect humic substances and co-existing organic species at low concentrations typically found in natural environments and reveal definitive information about the specific groups in humic substances that bind on metal electrodes. Further applications of both Raman and SERS techniques can be extended to complicated systems as well as real environmental samples. Experiments have demonstrated: (1). the backbones of humic substances are structurally disordered carbon networks in most cases; (2). The backbones of humic substances from different sources and types are similar to each other; (3). Normal Raman spectroscopic study of humic substances should concentrate on the use of near-IR laser(s) resulting from strong fluorescence background and self-adsorption under the excitation with visible laser irradiation; (4). FT-Raman spectroscopy is the required analytical method to assess the effectivity of fractionation methods; (5). SERS spectra of humic substances on metal colloids and films are in most aces very similar to the corresponding Raman spectra of neutralized samples; (6). SERS techniques are very sensitive and highly selective, also both visible lasers and near-IR lasers can be used for SERS study; (7). SERS spectra on metal electrodes may provide additional information about the binding sites and adsorption mechanisms of humic substances on metal surfaces.     

金纳米团簇组装的表面增强拉曼散射基底

表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术是一种高灵敏度的检测技术,已在社会发展的多个领域显示出潜在的应用前景。SERS活性基底的大面积、低成本、可控制备是表面增强拉曼散射光谱学研究领域的热点之一。利用溶液法将直径小于5 nm的金纳米团簇旋涂成膜,调控退火温度和时间,将金纳米团簇融合组装成随机分布的金纳米岛。由于融合组装过程在150～210 ℃范围缓慢,控制条件可实现具有高密度增强“热点”的SERS基底,方法简单、成本低廉、面积大、均匀性高。我们利用该方法可重复性获得了性能优良的SERS基底。该基底对表面吸附的单分子层,具有强烈的表面增强拉曼散射光谱响应,150～210 ℃退火样品的宏观增强因子106～107量级。研究表明：相同条件下150～180 ℃退火,金纳米团簇首先融合成直径10～20 nm细小金纳米岛;退火温度190～210 ℃时,形成10～20 nm细小金纳米岛与50～70 nm金纳米岛混合并存的现象。拉曼光谱表征显示：大、小金纳米岛混合并存样品的宏观增强因子高于细小金纳米岛组成的样品。经220 ℃退火后,金纳米团簇完全融合成直径50～100 nm的金纳米岛,岛间距也随之增大,导致纳米岛之间的电磁场强度呈指数衰减,220 ℃退火的样品具有较低的增强因子。本论文揭示了金纳米团簇的缓慢自组装机制,分析了金纳米岛的形貌与表面增强拉曼散射光谱的关系,为该基底的应用研究奠定基础。     

表面增强拉曼光谱对于蛋白质二级结构的酰胺III谱带表征

本文利用斜角沉积法制备银纳米棒阵列基底用于蛋白质二级结构的检测,结合酰胺Ⅲ谱带光谱分析,建立了一种基于表面增强拉曼光谱(SERS)蛋白质二级结构的表征方法.用这种方法获得了两种典型蛋白质(溶菌酶和细胞色素C)的SERS信号.通过分析蛋白质骨架酰胺Ⅲ的光谱,研究了浓度对蛋白质折叠状态的影响.结果表明在一定范围内随着浓度的增加,溶菌酶的α-螺旋结构和β-折叠结构成分增加,而细胞色素C的二级结构基本保持不变.     

高灵敏银纳米棒阵列对农药啶虫脒的表面增强拉曼散射快速检测

The determination of pesticide residue on agricultural products is increasingly important.Exposure to pesticides can cause severe acute reactions in humans,including aplastic anemia and leukemia.In this work,we developed a rapid and sensitive method to detect acetamiprid pesticide residue based on surface-enhanced Raman scattering.Silver nanorod (AgNR) arrays were fabricated by oblique angle deposition technology and were used as SERS substrates.Prior to detection,the AgNR arrays were cleaned with nitric acid solution or a mixture of methanol and acetone.Compared to the unwashed AgNR arrays,the AgNR arrays washed with methanol and acetone shows a signal enhancement 1000 times greater than the unwashed AgNR array due to the effective removal of the impurities on its surface.The limit of detection of acetamiprid was determined to be 0.05 mg/L.In addition,the molecular structure of acetamiprid was simulated and the corresponding vibration modes of the characteristic bands of acetamiprid were calculated by density function theory.To demonstrate its practical application,the AgNRs array substrates were applied successfully to the rapid identification of acetamiprid residue on a cucumber''s surface.These results confirmed possibility of utilizing the AgNRs SERS substrates as a new method for highly sensitive pesticide residue detection.     

基于Klarite芯片的表面增强拉曼散射特性研究

本文介绍了一种商用的表面增强拉曼芯片(Klarite),并对其表面形貌、拉曼活性进行了表征和测试分析.Klarite芯片由于独特的倒金字塔形设计使得其具有较好的拉曼活性、稳定性和重现性,为生命科学和分析化学研究提供了有力的研究工具.此外,我们对Klarite芯片在外电磁场作用下的表面电场分布进行了模拟,发现一个结构单元...     

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。     

金属光栅表面增强拉曼散射的偏振依赖性研究

表面增强拉曼散射的机理主要来源于金属表面等离子体共振所产生的电磁场增强,因而基底的电磁特性决定了其增强的性能。本文以干涉光刻方法制作的大面积均匀性一维纳米光栅为增强基底,从实验和理论上探究其表面增强拉曼散射的偏振依赖特性。本文使用苯硫酚作为探针分子,并采用633nm和785nm两种波长作为激发光源,开展了等离子体共振与非共振状态下金属光栅表面增强拉曼光谱的偏振依赖特性实验研究,并通过时域有限差分法对光栅电磁特性进行分析。研究发现,光栅表面的电场无论是否激发表面等离子体共振,其电场随入射光偏振方向都会呈现出sin函数的规律性变化,拉曼光谱的峰值强度则呈sin2函数的变化规律;此外,表面等离子体共振会进一步加大拉曼光谱的偏振依赖性。     

SERS的煎炸食品中丙烯酰胺速测方法研究

丙烯酰胺是一种具有神经毒性、生殖毒性,遗传毒性及免疫毒性的化合物,被列为2A级致癌物。富含碳水化合物的食物经高温烹饪后,丙烯酰胺暴露风险极大,建立对丙烯酰胺的速测方法具有重要的意义和实用价值。表面增强拉曼光谱技术(SERS)近年来发展迅速,利用高SERS活性纳米结构基底可实现对目标物拉曼"指纹"信号的高灵敏增强。复杂基质中目标物的SERS快速分析需要高活性的基底和高效的净化技术。建立了一种基于复合纳米结构的煎炸食品中丙烯酰胺的SERS快速分析方法。利用纳米银阵列负载纳米金粒子(AgNR@AuNPs)作为增强基底,一是该基底基于AgNR纳米棒之间以及AuNPs纳米粒子之间双重"热点"增强作用,对丙烯酰胺具有较高的SERS增强活性;二是该基底中AgNR为固相基底,每次使用前,利用稀硝酸除去表面氧化物,大大提高了SERS分析稳定性。还研究了AuNPs粒径和样品添加顺序对分析灵敏度的影响。煎炸食品中基质干扰严重,结合QuECHERS快速净化技术,在优化除脂、萃取溶剂及净化材料的用量比例、种类的基础上,选择正己烷为除脂溶剂,水∶乙腈(V/V=1∶1)为提取溶剂, MgSO4+NaCl为净化材料, 5 min内完成检测。分析灵敏度1μg·kg-1,在5~100μg·kg-1内以Δν=1 482 cm^-1为定量峰,实现定量分析,线性相关系数r=0.985, 5个添加浓度下回收率为77.1%~93.6%,相对标准偏差小于4.0%。所建立的方法有望用于食品安全现场检测中。     

表面增强拉曼光谱在食源性致病微生物检测中的应用研究

食源性致病微生物导致的食源性疾病已成为全球化的公共卫生问题。快速、有效地检测食源性致病微生物是实现食源性疾病预防与控制的关键环节，也是保障食品安全的技术关键。表面增强拉曼光谱(SERS)具有简单、快速、灵敏度高等优点，在食品安全、生物医学、环境监控等领域展现出良好的应用前景。介绍了近年来SERS在食源性致病微生物检测中的应用研究进展。对SERS技术概况、SERS增强理论及SERS增强基底进行了简要介绍，重点回顾了SERS在食源性致病微生物检测中的应用和发展现状。在食品安全分析方面，利用SERS与模式识别方法相结合对食品中常见食源性致病微生物能实现快速、有效鉴别，部分研究已应用于不同食品样品的分析，体现了SERS作为“指纹图谱”的分析优势；在医学诊断方面，SERS可对病理样品(如血液、尿液等)中食源性致病微生物进行快速检测，缩短了样本分析时间，使食源性疾病的快速诊断成为可能；随着微流控技术的发展，微流控平台结合SERS技术被称为“芯片实验室”应用于食源性致病微生物的检测，可提高分析的可控性，稳定性，特异性和灵敏度。通过对比分析，发现不同研究可采用不同分离方法、不同基底、不同目标捕获方式等实现了食源性致病微生物的检测，展示了不同方法间的差异性。已有研究表明了SERS在食源性致病微生物检测中应用可克服传统方法耗时等缺点，实现灵敏快速分析，为食品安全实时监控，食源性疾病即时诊断提供了有效的分析工具。同时，指出了SERS技术应用于食源性致病微生物分析依然面临很大挑战，(1)大多数研究并没有聚焦于实际样品，而标准培养液和实际样品的SERS检测存在较大差异，实际样品组分会对SERS响应产生干扰；(2)不同方法结果有较大差异，主要是由于纳米增强基底差异，吸附方式原理的差异，稳定性的差异等，因此需要更多深入研究进一步优化条件；(3)期望建立标准化的SERS方法替代传统技术，充分展示SERS作为新兴分析工具快速、灵敏、简捷的优势应用于食品安全，医学诊断等领域。将来，随着研究的深入及相关学科的发展，SERS作为极具潜力的快速分析工具，将在食品安全，生物医学等领域具有更广阔的应用前景。     

乌洛托品的表面增强拉曼光谱研究及其在粉丝快速检测中的应用

计算了乌洛托品的拉曼光谱,并以银溶胶为活性基底研究了乌洛托品的表面增强拉曼光谱(SERS)。研究了氯化钠作为促凝剂时的增强效果,结果表明对于银溶胶氯化钠有很好的优化作用。测量不同浓度乌洛托品溶液的SERS,当乌洛托品水溶液浓度低至10-8 g/mL时,依然可以得到明显的拉曼光谱信号。选择1052cm-1处的拉曼特征峰作为研究对象,建立了乌洛托品SERS特征峰强与水溶液浓度之间的函数关系。将这种乌洛托品的检测方法应用于粉丝样品的检测之中,检测下限为10-6g/mL。此种方法操作简便快捷,在粉丝中乌洛托品的快速定性检测方面具有特有的优势。     

化学战剂的SERS检测及应用前景研究

化学武器和技术的扩散使化学恐怖活动成为事关世界安全的突出问题之一.针对化学战剂的高毒性和快速致命特点,表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术研究可以实现生化战剂的快速、高灵敏实时检测,有助于战时和突发恐怖袭击时对人员的及时救治和预防,为更好的防范化学武器威胁和恐怖袭击提供必要的技术保障.本文主要对SERS技术在化学战剂检...     

滤纸SERS基底的制备及其在精浆分析中的应用

本文介绍浸泡法制备基于滤纸的SERS基底,并分析滤纸SERS基底表面银纳米粒子(AgNP)的分布与浸泡时间的关系。以精浆为检测对象,相比于514nm波长激发,785nm激发可获得更好的光谱数据,同时还比较了该波长激发下精浆的常规拉曼光谱与SERS光谱。更为重要的是,通过采用精浆中654cm-1谱峰强度评估不同浸泡时间下(6h,12h,24h)滤纸SERS基底的增强性能和测量结果的重复性。实验结果表明,12h浸泡获得的滤纸SERS基底表面具有均匀的AgNP分布,在785nm波长激发下,纸基SERS基底可提供增强效果及光谱重复性俱佳的精浆SERS光谱。     

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。     

Surface-Enhanced Raman Scattering of Hydrogen Plasma-Treated Few-Layer MoTe_2

Two-dimensional surface-enhanced Raman scattering(SERS) substrates have drawn intense attention due to their excellent spectral reproducibility, high uniformity and perfect anti-interference ability. However, the inferior detection sensitivity and low enhancement have limited the practical application of two-dimensional SERS substrates. To address this issue, we propose that the interaction between the MoTe_2 substrate and the analyte rhodamine 6 G molecules could be remarkably enhanced by the introduced p-doping effect and lattice distortion of MoTe_2 via hydrogen plasma treatment. After the treatment, the SERS is greatly improved, the enhancement factor of probe molecules reaches 1.83 × 10~6 as well as the limit of detection concentration reaches 10-13 M.This method is anticipated to afford new enhancement probability for other 2D materials, even non-metal oxide semiconductor SERS substrates.     

基于纳米锥森林结构的表面增强拉曼散射透明器件研究

具有无损、超灵敏和实时检测优点的表面增强拉曼散射(SERS)器件具有重要研究意义。目前,针对SERS器件的大部分研究都围绕着非透明的器件展开。使用此类器件检测高浓度试剂时,激光只能从正面入射。这意味着入射激光需要穿透被测试剂分子层才能到达位于其下方的金属纳米结构表面,因此用于激发金属纳米结构表面等离子体共振(SPR)的激光能量被减弱,相应地,SERS光谱信号也被减弱;此外,SERS光谱信号因被测试剂分子层的遮挡,无法高效返回到电荷耦合元件(CCD)中,再次被大幅度减弱,甚至有可能完全无法被检测到。相比之下,如果使用透明SERS器件,检测过程中将被测试剂分子置于器件正面,激光从器件背面入射,此时高浓度被测试剂分子层对入射激光和SERS光谱信号的干扰最小。这种情况下,可以得到较好的光谱信号。通过在石英基底上旋涂聚酰亚胺(PI)层,然后通过氧等离子体对PI层进行无掩模轰击,在石英基底上自行生成纳米纤维掩模,配合反应离子刻蚀工艺(RIE)制备了石英纳米锥森林结构。之后,通过金属纳米颗粒溅射工艺,得到SERS透明器件。对于该SERS透明器件,在测试过程中,拉曼激光可从器件的正面以及背面分别入射。初步的测试结果表明,对于罗丹明6G(R6G)在10^-3~10^-6 mol·L^-1这一浓度范围内,背面入射方式收集的SERS光谱信号强度高于正面入射方式。另外,进一步研究了该SERS透明器件背面检测的一致性,得到了良好的结果,证明了其在实际生化检测中的可行性。这一工作有望扩展SERS在分析物检测领域中的应用。