纳米材料的表面增强拉曼散射增强机理研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、高分辨率、无损检测及不需要预处理等优点,已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具,使目标分析物信号放大的痕量检测技术,甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。虽然SERS增强机理一直存在争议,但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。随着近年来金属、非金属等诸多材料应用于SERS领域,诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣,对于SERS增强机理的研究具有重要意义。综述中主要从SERS电磁增强机理、化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述,分析哪些因素影响基底增强效应,为SERS增强机理的分析提供一些参考。同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题:(1)在电磁增强机理中,单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素,对SERS电磁增强机理影响效果较大;(2)在化学增强机理中,单一半导体材料由于价格实惠、材料性能较稳定、表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、由于增强能力较低等因素、对SERS化学增强效果不明显;(3)SERS基底不再局限于单一的金属或者非金属材料,更多是金属-非金属两者的结合,既能够弥补贵金属的缺点,也能利用非金属的优点,通过电磁增强机理和化学增强机理的协同作用有效提高SERS增强能力。对于SERS增强机理的分析,有助于制备均一性强、重复性高的SERS基底,为SERS基底的制备提供参考。

溴代十六烷基三甲基铵敏化亮绿脱氧核糖核酸作用的共振光散射增强研究

首次报道在表面活性剂存在下阳离子染料与脱氧核糖核酸 (DNA)作用所导致的共振光散射增强 (RLSE)。在pH 10 .4～ 11.8和离子强度低于 0 .0 5 0mol/L的条件下 ,亮绿 (BG)与DNA作用产生 398.0和 46 7.2nm的特征RLSE信号 ,而溴代十六烷基三甲基铵 (CTMAB)进一步敏化该RLSE信号。受CTMAB敏化的RLSE信号与 0～ 1.2mg/L的ctDNA和fsDNA呈正比 ,检测限低于 5mg/L。方法成功应用于合成样中DNA的测定。

氯金酸-罗丹明S缔合纳米微粒体系的共振散射增强与荧光猝灭研究

在 0 .2mol/LHCl介质中 ,罗丹明S(RDS)分别在 5 2 0nm和 5 5 0nm处有一个吸收峰和荧光峰。当有Au 存在时 ,Au 与Cl-形成AuCl-4,AuCl-4与RDS+ 借助于静电引力形成疏水性的AuCl4 RDS缔合物分子。AuCl4 RDS分子间存在较强的分子间作用力和疏水作用力而生成 (AuCl4 RDS) n 缔合纳米微粒 ,粒径为 4 5nm。在 36 0nm产生瑞利散射峰 ,在 6 0 0nm产生共振散射峰。由于纳米微粒形成后 ,只有裹露在 (AuCl4 RDS) n 纳米微粒界面的RDS荧光分子才能吸收激发光子跃迁到激发态 ,进而返回基态产生荧光。而体相的RDS荧光分子无法与激发光作用产生荧光 ,即受激RDS分子数大为降低 ,故 5 5 0nm荧光峰和 5 2 0nm吸收峰的降低。当缔合纳米微粒体系加入乙醇后 ,体系的红紫色和共振散射峰消失 ,吸收峰和荧光峰恢复 ,由于乙醇致使(AuCl4 RDS) n 纳米微粒分解为AuCl4 RDS分子。结果表明 :红紫色 (AuCl4 RDS) n 纳米粒子的形成是其共振散射增强。

[AuI4]^--RDG^+缔合物纳米微粒体系的共振散射增强与荧光猝灭

在 0 .2 mol/L HCl介质中 ,罗丹明 6 G( RDG)分别在 5 2 0和 5 5 0 nm处有 1个吸收峰和荧光峰。当有Au( )和 KI存在时 ,Au( )与 I-形成 Au I- 4 ,Au I- 4 与 RDG+主要通过静电引力形成疏水性的 ( Au I4) RDG缔合物分子。 ( Au I4) RDG分子间存在较强的分子间作用力和疏水作用力而生成 ( ( Au I4) RDG) n 纳米微粒 ,在6 0 0 nm产生 1个特征共振散射峰 ,并且 5 5 0 nm荧光峰和 5 2 0 nm吸收峰降低。当纳米微粒体系加入乙醇后 ,体系的红紫色和共振散射峰消失 ,吸收峰和荧光峰恢复 ,由于乙醇致使 ( ( Au I4) RDG) n 纳米微粒分解为( Au I4) RDG分子。研究结果表明 ,红紫色 ( ( Au I4) RDG) n 纳米粒子的形成是其共振散射增强、荧光猝灭、产生特征共振散射峰和减色效应的根本原因。

共振光散射增强法测定痕量铅

基于铅可以对十六烷基三甲基铵 (CTMAB) -四磺基锰酞菁 (MnTSPc) -DNA共振光散射(RLS)体系产生强烈的敏化作用 ,从而建立了测定痕量铅的灵敏的RLS新方法 .该法的线性为 0 .0- 4.0× 10 6 mol/L ,检出限 3δ)为 8.5 6× 10 8mol/L ,对 1.0× 10 6 mol/L的铅标准溶进行连续 9次平等测定 ,相对标准偏差为 1.6 % .我们用该法对实际水样进行了分析测量 。

溴化十六烷基三甲基铵敏化四磺基锰酞菁-脱氧核糖核酸作用的共振光散射增强研究

阳离子染料四磺基锰酞菁 (MnTSPc)与脱氧核糖核酸 (DNA)作用可产生共振光散射增强 (RLSE) ,在pH为 10 .6 0～ 11.85及离子强度低于 0 .0 1mol L的条件下 ,能观察到 314、346 .2、4 5 2 .6和 4 94 .4nm处的特征RLSE信号 ;加入表面活性剂溴化十六烷基三甲铵 (CTMAB)后 ,发现其可强烈敏化该RLSE信号。受CTMAB敏化后的RLSE信号与一定范围内的DNA浓度呈线性关系 ,从而拟定了一种测定DNA的共振光散射新方法 ,并将其用于合成样品的分析测定 。

十六烷基三甲基溴化铵敏化孔雀石绿-脱氧核糖核酸的共振光散射增强法测定脱氧核糖核酸

在碱性条件下 ,脱氧核糖核酸 (DNA)对孔雀石绿的共振光散射有增强作用 ,加入十六烷基三甲基溴化铵 (CTMAB)进一步敏化该体系。共振光散射增强的程度与DNA浓度呈良好的线性关系 ,据此建立了测定DNA的共振光散射增强分析方法。在实验条件下 ,最大散射波长 36 4nm处 ,测定小牛胸腺DNA(ctDNA)和鱼精子DNA(fsDNA)的线性范围皆为 0～ 1 5 μg·mL-1,检出限分别为 0 0 5和 0 0 3μg·mL-1。该方法简单、快速、灵敏度高 ,已成功应用于合成样品中DNA含量的测定。

溴代十六烷基三甲基铵敏化吡罗红B-核酸作用的共振光散射增强法测定核酸

基于表面活性剂溴代十六烷基三甲基铵(CTMAB)对吡罗红B-核酸作用的共振光散射增强效应有敏化作用,建立了一种高灵敏测定核酸的新方法.在pH 7.4时,吡罗红B在328 nm处的共振光散射的增强与核酸浓度有良好的线性关系.在最佳实验条件下,对小牛胸腺DNA(ct-DNA)、鲱鱼精DNA(fs-DNA)、酵母RNA(yeast-RNA)测定的线性范围分别为0.0～1.2 mg/L、0.0～0.8 mg/L和0.04～1.4 mg/L.检出限分别为6.1μg/L、11.2 μg/L和8.6μg/L.该法简便、快捷、重现性好,对合成样品进行了测定,结果令人满意.

红外波在沙尘暴中的后向散射增强

为了提高沙尘暴中红外系统的精度,应用电磁波在离散随机介质中传播的多重散射理论,分析红外波在沙尘暴中传播时的后向散射增强机理,给出了沙尘暴单位体积的粒子数随能见度变化的关系式,对于可见到远红外波,研究其在不同能见度的沙尘暴中传播时的多重散射效应引起的后向散射增强。结果表明对于不同波长的波,其后向散射增强不同。沙尘暴的能见度越低,后向散射增强越显著。不同类型的沙尘暴,粒子尺度分布不同;在一定能见度时,单位体积中粒子数越多的沙尘暴,后向散射增强越大;在一定的粒子数密度时,含大粒子数越多的沙尘暴,后向散射增强越显著,尤其是波长较长波的后向散射增强更明显。即,沙尘暴的能见度越低,单位体积中的粒子数越多,包含较大粒子数目较多时,后向散射和增强就越显著,则对红外系统的影响就越严重。

粗糙海面后向散射增强效应研究

针对粗糙表面散射的后向散射增强现象,采用锥形波束入射的矩量法定量计算了高斯、分形和限带粗糙海面模型的后向散射增强效应,研究了高斯和分形模型的波形参数和表面尺寸的匹配问题,分析了三种模型在不同入射角下散射增强的角宽度,比较了不同风速、不同粗糙度和不同分维数下散射增强的峰值和角宽度。

若丹明6G乙醇TiO2胶体溶液荧光散射增强

本文报道了若丹明６Ｇ乙醇ＴｉＯ２胶体溶液荧光散射增强，最大增强因子达０９５，对于实验结果，作者给出了简单的物理模型。

诺丹明6G乙醇TiO_2胶体溶液荧光散射增强

诺丹明６Ｇ乙醇ＴｉＯ２胶体溶液荧光散射增强杨爱玲李明忠杨经国（四川大学物理系成都６１００６４）ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＳｃａｔｅｒｉｎｇＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆＴｉＯ２ＣｏｌｏｉｄａｌＳｏｌｕｔｉｏｎｏｆＲｈｏｄａｍｉｎｅ６ＧｉｎＥｔｈａｎｏｌＹａ...

毫米波雷达探测性能受降雨后向散射增强影响分析

降雨对毫米波传播特性的研究对于毫米波系统的地一空通信,毫米波雷达、制导等作战系统,主动和被动遥感的应用具有重要的实际意义。本文主要介绍了毫米波雷达的基本原理,分析了降雨的多重散射效应,并将降雨的多重散射引入到雷达方程中。计算了由降雨的二阶散射机制造成的雨杂波回波功率,发现当考虑降雨的二阶散射时降雨的回波功率将会增大。分析了降雨的后向散射增强对毫米波雷达探测性能的影响,结果表明降雨的后向散射增强会引起雷达接收信杂比的降低和杂噪比的增加。

吸附在银溶胶颗粒上的品成像染料的拉曼散射增强

吸附在银溶胶颗粒上的品成像染料的拉曼散射增强刘春艳，王宇杰，李楠，臧泠，张振宗（中国科学院感光化学研究所北京１００１０１）ＳｔｕｄｉｅｓｏｎＴｈｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆＩｍａｇｉｎｇＤｙｅａｎｄＳｉｌｖｅｒＣｉｌｕｓｔｅｒｂｙＳＥＲＳ￥Ｃｈｕｎｙ...

驻相近似下二维海面后向散射增强效应研究

基于驻相近似下得到的考虑遮蔽效应时的粗糙面散射一、二阶基尔霍夫公式,研究了满足半经验海谱分布的二维介质粗糙海面的电磁散射,分析了海面散射出现后向增强效应的条件,计算了不同极化状态的散射系数角分布,并进行了比较,详细讨论了二阶散射系数角分布及后向增强效应随风速、入射频率和入射角的变化规律.

植被电磁散射中后向散射增强的研究

本文应用直接求散射体散射场的方法，运用Monte-Carlo模拟技术研究了植被电磁散射中由植被层的体散射和地面层的面散射相互作用引起的后向散射增强计算得到了不同高度的植被层的散射特性，给出了人们感兴趣的后向增强角宽度的量级．结果表明，在植被层较矮即地面影响较强时后向散射增强较大，由体-面相互作用散射引起的后向散射增强的角宽度较宽，约在10～40度之间.

薄膜组装技术制备表面增强拉曼散射增强基底及其应用进展

表面增强拉曼散射(SERS)定量检测痕量分析中均一、稳定、重复性好的活性基底膜至关重要。薄膜组装技术制备的纳米薄膜高度有序、厚度均一、可控,可增强分析物分子的拉曼信号,提高SERS的特异性和灵敏度。SERS技术制样简单、不受溶剂水的干扰,可以实现在分子水平上无损、灵敏、定量的检测痕量分析物。目前已广泛应用于环境科学、生物医药、材料科学等不同领域。该文对SERS增强基底的薄膜组装技术及其在环境污染物和癌症检测方面的应用和进展进行了综述。

氯离子对结晶紫-银胶-HOPG体系近红外表面增强拉曼散射增强作用的研究

利用银胶纳米颗粒与高取向性热解石墨(HOPG)制备表面增强基底,采用近红外激光(1064nm)激发,研究了氯离子对结晶紫(CV)分子近红外表面增强拉曼散射(Near-Infrared Surface-Enhanced Raman Scattering,NIR-SERS)的影响。结果表明,氯离子对"化学增强"和"物理增强"都有作用。同时利用扫描电镜(SEM)图像间接证明了这一结论。

一种宽角域散射增强超表面的研究

提出并验证了一种基于超表面相位梯度设计以实现宽角域后向雷达散射截面(radar cross section, RCS)增强的设计思路.宽角域RCS增强超表面包含两个区域,分别设计大小相等方向相反的相位梯度,控制-45?和45?方向上的入射电磁波沿入射方向返回;电磁波垂直入射时,在一个区域内耦合为表面电磁波,传播至另一区域再次解耦为垂直反射的自由空间波,分别在-45?, 0?, 45?方向上形成散射峰,实现了在-45?—45?的宽角域范围内的RCS增强.仿真了宽角域RCS增强超表面在电磁波以不同角度入射时的电场分布和单站RCS,测试了加工样品在9—12 GHz频带内不同频点处的单站RCS,和仿真结果基本一致.结果表明:设计的宽角域RCS增强超表面在9—12 GHz的宽带频率范围内,在-45?—45?的宽角域范围内对于x和y极化入射波均有良好的RCS增强效果.

粗糙金属表面吸附分子的喇曼散射增强机理

本文把任意粗糙度的金属表面看成是由许多二唯傅氏分量的叠加。通过简单的唯象模式,讨论了粗糙金属表面上感应“局域场”的增大和金属表面与分子的相互作用对SERS效应的影响。分析结果表明:SERS增强不仅由与表面粗糙度有很大关系的“长程”作用决定,而且还必须考虑到具有化学效应的“短程”增强,也即还要考虑到金属电子和分子电子的量子隧道和化合引起的调制表面偶极矩。并讨论了表面粗糙度对SERS的影响。