金纳米粒子的表面等离子体共振吸收光度法研究和分析应用

在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠存在下的水溶液中 ,基于金纳米粒子产生的表面等离子体共振吸收的原理 ,提出了一个分光光度方法。结果表明在 5 2 4nm处的共振吸收强度与金质量浓度在 2 .4～ 1 2 0 μg/mL范围内服从比尔定律。其线性回归方程为 :c =5 5 .5 8A + 0 .78,相关系数为 0 .9998。

一个简便快速测定CO的纳米金表面等离子体共振吸收光谱法

CO主要由火焰或烤炉等碳的不完全燃烧所产生,是一种常温下为无色、无臭的有毒气体,人们受一氧化碳的污染在慢性中毒时完全意识不到它,有时甚至有舒适的感觉,这些特性更增加了它的危害性。因此,探索简便快速灵敏的CO检测方法具有重要意义。研究表明,在pH 7.2磷酸盐缓冲溶液中,一氧化碳还原HAuCl_4生成近似球形的金纳米粒子(NG),其平均粒径为45 nn,在1.70,2.20和9.70 keV处产生3个金元素的能谱峰,在540 nm处产生一个表面等离子体共振(SPR)吸收峰。采用分光光度法优化了分析条件,选择磷酸盐缓冲缓冲溶液的pH为7.2,磷酸盐缓冲浓度为40 mmoL·L^(-1),HAuCl_4浓度为40.0μg·mL^(-1),反应时间为5 min。在选定条件下,CO浓度在0.2~8.75μg·mL^(-1)范围内与其SPR吸收峰峰值成线性关系,检出限为0.1μg·mL^(-1)CO。考察了共存物质对测定1.0μg·mL^(-1)CO的影响。结果表明,当相对误差在±5%之内,200倍的SO_3^(2-),PO_4^(3-),SO_4^(2-)、C_3^(2-),NO_3^(-);100倍的Zn^(2+),K^+,BrO_3^-,Na_2S,乙醇,甲醇;80倍的Ni^(2+),Cr^(3+),Co^(2+),Ca^(2+),Mg^(2+),Fe^(3+),葡萄糖,pb^(2+),Al^(3+),SeO_3^(2-),Na_2S_2 O_3,甲醛;50倍的Mn2+不干扰测定。这表明该SPR光度法具有较好的选择性。采用本法测定了空气样品中CO含量,结果与气相色谱法一致,相对误差在1.8%~4.2%之间。

基于金纳米粒子局域表面等离子体共振吸收检测卡托普利

柠檬酸根稳定的金胶在一定盐浓度下由于盐的电荷屏蔽效应而发生聚集。加入一定浓度的卡托普利后,由于卡托普利分子中含有巯基和羧基,其分子中的巯基可以通过Au-S键连在金纳米粒子表面,同时,在pH9.91的条件下,其分子中的羧基去质子化形成-COO-,导致金胶表面负电荷增多,纳米粒子之间的静电排斥力增大,金胶的聚集得到了抑制。基于金胶由聚集到分散的现象,利用紫外-可见吸收光谱进行表征,建立了定量检测卡托普利含量的方法。该方法的线性范围为0.04～1.2μM,检出限为20nM。将此方法用于合成样的检测,回收率在86.3%～108.2%之间。

氧化石墨烯快速修饰表面等离子体共振传感芯片的研究

表面等离子体共振(SPR)是近年来兴起的一种光学检测技术。其主要利用光波经全反射后产生的倏逝场与金属相互作用而感知外界介质的折射率变化。理论上任何介质折射率变化现象的发生都能被SPR技术检测到。在实际应用中,SPR传感器存在灵敏度不高,检测信号不强等缺点,因此对提高SPR传感器检测灵敏度的研究一直备受关注。氧化石墨烯又被看成是石墨烯的氧化物,它有着与石墨烯相近似的光电学特性,但又比石墨烯更容易进行化学修饰,因此被广泛用作SPR传感芯片的表面镀层来提高灵敏度。将氧化石墨烯用于修饰SPR芯片以提高灵敏度的报道很多,但对氧化石墨烯的使用量说法不一,并且在制备氧化石墨烯修饰传感芯片时需要浸泡很长一段时间,大大影响了芯片制备效率。该研究中使用长直链功能化聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)对SPR金芯片表面进行化学改性,用流动冲刷的方法使氧化石墨烯溶液对芯片进行修饰。通过对折射率变化响应信号的对比,最终确定氧化石墨烯最佳使用浓度为0.5 mg·mL^(-1),并且将修饰时间降到20 min以内。研究了不同波长入射光对氧化石墨烯修饰后芯片共振峰的影响,并对芯片整体性能进行了评估,得到950 nm入射光波下芯片灵敏度为243.2°·RIU^(-1),品质因数(FOM)值为82.2 RIU^(-1)。这一数值比在原始800 nm入射波长下的同芯片灵敏度提高了33.3%,FOM值提高了36.1%;是800 nm波长下裸金芯片灵敏度的4倍,FOM值的3.41倍。该研究所提出快速制备氧化石墨烯修饰SPR传感芯片有着成本低,制作快等优点,在生化检测领域有着广阔的应用前景。

电介质球腔体模式与金属表面模式的共振吸收

利用多重散射法对表面等离子激元模式和腔体本征模式,以及它们之间的耦合进行了详细的研究.研究结果表明:当二者之间的频率非常接近时,它们之间相互作用,在耦合频率附近可以产生非常强烈的吸收.通过调节体系中的某些参数,可以控制腔体本征模式和表面等离子激元出现的频率,从而使强吸收出现在所希望的频率上.详细地研究了介质小球的物理和几何参数对此共振吸收的影响.

波长及金属膜厚度对表面等离子体共振的影响

表面等离子体共振(SPR)传感器的光源波长和金膜的厚度影响表面等离子体共振吸收,波长及金膜厚度不同,共振峰的半宽度及深度就会不同,即仪器的灵敏度和实验现象不同.该文利用MATLAB模拟仿真,计算得出表面等离子体共振传感器不同波段光源对应的最佳金属膜厚度,将中心波长为1 550nm、1 310nm、850nm、660nm 4种光源进行对比,得出光源波长为1 550nm、金膜厚度为40nm时,表面等离子体共振传感器的灵敏度最高,实验现象最明显.

基于修正的长程表面等离子体波的折射率检测研究

为发挥长程表面等离子体波共振峰宽度小,共振曲线斜率大,降低共振角位置不确定性的优点,解决其严格对称结构难于传感的问题,文中在理论分析介质-金属薄膜-介质结构模型的色散和反射特性的基础上,实验研究棱镜耦合激发该结构中的修正的长程表面等离子体波用于传感,改变实验中的结构参数,检测含水率10.8%~38.8%的蜂蜜。结果表明:其共振峰宽度变窄,介质膜厚、金属膜厚等参数对衰减峰及其宽度和衰减深度等参量都会产生影响,检测的入射角与折射率的线性相关系数为0.993 2,可较好地实现传感。

石墨烯光栅结构的表面等离子体激元研究

石墨烯表面等离子体激元的研究得到了越来越广泛的关注。本文通过将单层石墨烯与光栅相结合,设计出一种新型激励模型。通过外加偏置电压改变石墨烯化学势可改变其电导率,从而实现对表面等离子体激元的动态调制。另外,本文还进一步探究了光波在斜入射情况下石墨烯表面等离子体激元的模式分裂情况。

Ni离子注入SiO_2的表面形貌和光学吸收性能研究

室温下，将能量为60keV，剂量范围在1×10^16-1×10^17／cm^2的Ni离子注入到SiO2中。随后将样品在Ar气中退火（400—1000℃）。采用原子力显微镜（AFM），掠入射X射线衍射（GXRD），紫外-可见分光光度计（UV—Vis）对退火前后样品的表面形貌，Ni纳米颗粒的形成和热演变过程以及样品光吸收性能进行分析表征。结果表明：剂量为1×10^17／cm。的样品退火前后均未能形成纳米颗粒；剂量为5×10^16／cm^2和l×10^17／cm^2的样品中形成了纳米颗粒，退火后颗粒长大，样品表面凸起（Ni纳米颗粒）高度增加，数量减少。SiO2中Ni纳米颗粒的光吸收带在310—520nm，800℃后光吸收带变得明显且伴随峰位蓝移。经1000℃退火后，Ni纳米颗粒被热分解的O氧化为NiO纳米颗粒，NiO纳米颗粒的光吸收带位于300nm附近。

Ag,Cu离子注入石英玻璃光学吸收谱研究

用Mie理论和Maxwell Garnett(M G)理论对Ag,Cu单元素注入石英玻璃的吸收谱进行了模拟,得到了与实验结果一致的表面等离子体共振吸收峰.模拟结果显示,吸收峰来源于Ag和Cu注入石英玻璃后形成纳米颗粒的光吸收.假定Ag,Cu双元素注入石英玻璃后形成合金结构,M G理论模拟结果与实验吻合良好,说明形成合金结构的可能性很大.同时,用电子自由程理论对金属颗粒的介电函数进行了修正,给出了可以反映共振吸收峰的峰宽和强度随颗粒尺寸变化的模拟结果,为光开关的研究提供了一定的理论依据.

Ag离子注入单晶MgO光吸收和透射电镜研究

能量为200kev的Ag离子注入到单晶MgO中，透射电镜明场像和高分辨像证明了该样品中形成了Ag纳米颗粒,未退火样品以及还原气氛下退火样品的光吸收谱都观察到Ag的吸收峰,发现随退火温度的升高，Ag的吸收峰先向短波方向移动，随退火温度的进一步升高又向长波移动，退火温度达到900℃时吸收峰红移到未退火前的位置,由透射电镜明场像和相应的选区电子衍射花样发现，由于离子辐照效应使得Ag离子注入单晶MgO非晶化，且注入层被部分损伤。

纳米金表面等离子体共振吸收光谱法测定头孢氨苄

建立了一种检测头孢氨苄含量的表面等离子体共振(SPR)吸收光谱法。在碱性介质中,头孢氨苄降解产物为巯基化合物,巯基化合物与氯金酸发生反应生成纳米金微粒,纳米金微粒体系在550 nm处产生一个SPR吸收峰,体系的SPR吸收峰峰值与头孢氨苄的质量浓度有良好的线性关系。方法的线性范围为2.00~28.0μg/m L,线性回归方程为△A=-0.0131+0.0089ρ(μg/m L),相关系数为0.9973,检出限为1.2μg/m L。方法用于测定头孢氨苄胶囊含量时,测定结果的RSD为2.1%,回收率在92.0%~106.9%之间。

枝节直波导与开口方环耦合谐振腔的Fano谐振特性研究

本文构建了一个枝节直波导与带开口方环耦合谐振腔.基于金属-绝缘体-金属结构的Fano谐振原理,采用有限元法分析了该波导结构的透射谱线对谐振腔结构参数的依赖关系.在开口方环与直波导间距G=90 nm,枝节高度H=140 nm时,该谐振腔结构中可以产生中心波长分别为λ=746 nm和1521 nm具有反对称线型的双重Fano共振透射峰.研究表明:左侧谐振峰值先随H增高而升高,至H=140 nm达到最大值,之后随H增高峰值缓慢减弱,直至消失.右侧谐振峰值则几乎不受H变化影响.传输谷受H影响最大,随着H增大,枝节谐振腔的传输谷向长波长方向移动,而右侧两个传输谷基本保持不变.当H=210 nm时,左边Fano谐振完全消失,只剩下右边的谐振,且谐振峰基本保持不变.设置参数化扫描,观测Fano谐振的变化,在波长1500 nm~1700 nm之间,设置最佳参数,经拟合计算得到该谐振耦合腔可以作为一个灵敏度S为1496 nm/RIU,FOM=60.1的折射率传感器.该结构可以为纳米级折射率传感器设计提供有效依据.

Cu/AAO纳米有序阵列复合结构的光吸收特性

采用电化学沉积工艺,成功制备了铜/氧化铝(Cu/AAO)纳米有序阵列复合结构.研究结果发现,在λ为570 nm附近出现了明显的Cu表面等离子共振吸收峰,且随Cu沉积量的增加,吸收峰位稍有蓝移,其强度逐渐增强,峰形由宽变锐;另外还发现,该结构的吸收边随着Cu沉积量(或长径比)的增加大幅度红移,可以实现在近紫外至近红外的大范围内移动,最大频移量超过500 nm,且Cu表面等离子振荡吸收峰会随着吸收边的大幅度红移被掩盖而逐渐消失.对该结构光吸收边的调制机理进行了理论分析,阐释了吸收峰逐渐消失的原因,并从理论上定性地解释了导致吸收峰位蓝移及宽化的主要原因.

Ag纳米颗粒的光吸收和透射电镜研究

用硼氢化钠作还原剂,制备出两种相对稳定的含银纳米颗粒的水溶胶,用透射电镜(TEM)和光学吸收谱对这些颗粒进行了表征.当被还原的银离子较少时,所形成的银纳米颗粒较小,吸收峰呈现二极等离子体共振吸收峰.当被还原的银离子较多时,银纳米颗粒尺寸变大,并出现二极和四极共振吸收峰.在Ag纳米颗粒形成后,对其溶液稀释,发现其峰形保持不变,而峰位会出现红移,最大红移量可达到10 nm.透射电镜研究表明,低浓度溶胶中的Ag纳米颗粒尺寸较为均匀,平均直径12 nm.高浓度溶胶中的纳米颗粒尺寸呈双尺寸分布特点,少量颗粒直径小于14 nm,大部分颗粒直径大于20 nm.

纳米Ag颗粒复合薄膜的制备及其吸收特性

利用磁控溅射分层制备Ag和SiO2薄膜,通过快速热处理,使Ag颗粒富集在复合薄膜的表面。研究了Ag膜层厚度、退火时间、退火温度和退火方式对Ag颗粒形貌的影响,以及Ag颗粒致密度对其共振吸收的影响。结果表明:通过控制每层Ag膜的厚度,可有效控制Ag颗粒形貌。当每层金属为2 nm、退火温度为500℃时,形成的颗粒粒径大小均匀且致密度较高。通过间断退火可有效降低Ag颗粒的粒径。发现Ag颗粒表面等离子共振吸收并没有随颗粒粒径的减小而明显降低,甚至提高。这和以往的报道不同。通过深入研究金属颗粒表面等离子体产生机理,发现其表面等离子共振吸收增强的原因是致密度较高的颗粒表面能级与费米能级差值较大,Ag颗粒内部的电子向颗粒表面迁移越多,形成新的费米能级E'F的电子数就越多,表面等离子共振吸收就越强。最终得出了金属颗粒共振吸收不单纯依赖于金属粒径、和颗粒的致密度也有很大关系的结论。

Ag-Cu离子注入SiO_2玻璃后形成纳米颗粒的研究

Ag、Cu离子经200和110keV加速后分别以5×1016和1.5×1017ions/cm2的剂量在室温下先后注入到非晶SiO2玻璃中。注入后样品的光学吸收谱显示两个吸收峰,其峰位为407和569nm,分别对应单独Ag和单独Cu纳米颗粒的等离子体共振吸收峰,样品在还原-保护气氛下退火后吸收峰峰强明显增加。样品的透射电镜选区电子衍射花样含有Ag、Cu两套衍射环,透射电镜的明场像观察到大量的纳米颗粒呈现出中心亮斑特征。在样品倾转过程中,中心亮斑特征依然存在,证实这种现象是离子辐照产生的纳米空位团簇。扫描透射电子显微镜高角环形暗场像进一步证实了这一点。综上所述,样品中形成了单Ag和单Cu包裹空位团簇的纳米颗粒。

还原气氛退火对Ag-Cu纳米颗粒光学吸收的影响

经43kV和30kV加速后的Ag、Cu离子按相同的剂量在室温下先后注入到非晶SiO2玻璃.用X射线光电子能谱(XPS)分析注入样品的价态分布,发现Ag、Cu仍以金属态形式存在.注入后光学吸收谱显示吸收峰的位置在442nm,说明在该实验条件下,SiO2玻璃表层很有可能形成了Ag Cu纳米合金颗粒.样品在还原气氛下从300～800℃每隔100℃退火1h后,发现等离子体共振吸收峰的位置发生了蓝移并在500℃时出现双峰,表明退火过程中Ag Cu纳米合金颗粒开始分解成Ag和Cu纳米颗粒.随着退火温度的上升,Ag、Cu纳米颗粒生核生长,当退火温度高于600℃时Cu颗粒尺寸变小,当退火温度高于700℃时Ag颗粒才开始变小.

金属纳米颗粒分散氧化物Au/SiO2薄膜的制备与光吸收特性

利用多靶磁控溅射法制备了金纳米颗粒分散氧化物薄膜,其分散颗粒的体积分数和平均直径分别为3%～65%和10nm～30nm.吸收光谱研究表明,Au/SiO2薄膜在560nm波长附近有明显的表面等离子共振吸收峰,吸收峰的强度随Au含量的增加而增强,Au含量在37%的附近,Au/SiO2薄膜在560 nm波长处表现的吸收峰呈最大的吸收强度.当Au分散颗粒的含量超过了其分散限度后,吸收峰的强度随Au含量的增加而减弱.用Mie散射理论对吸收光谱进行了模拟,得到了与实验结果一致的表面等离子共振吸收峰.

丝素银纳米的制备及其在废水汞离子测定中的应用

利用废弃蚕丝制备丝素银纳米,探讨制备丝素银纳米的工艺条件。结果表明,当5%丝素蛋白溶液与0.01 mol/L硝酸银溶液的体积比为1.55∶1、pH值为10、温度为90℃、反应时间为4 h时可以制备出具有良好均一性与重现性的丝素银纳米。基于丝素银纳米在可见光区内显示横纵特征吸收峰,以及丝素银纳米与重金属汞离子之间的特殊化学反应,建立了利用丝素银纳米分析测定废水汞离子的新方法,并探讨水中共存离子影响的程度及其消除的方法。丝素银纳米与汞反应在一定浓度范围内与吸光度(D410 nm)具有良好的线性关系,线性回归方程为y=-0.045 1x+1.463 3,r^2=0.999 5。对丝素银纳米与汞离子反应连续测定8次,其相对标准偏差为2.54%,表明该方法重现性较好。