表面增强拉曼光谱_

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1、蓝澜082021071表面增强拉曼光谱拉曼光谱：拉曼散射的光谱。1928年由印度物理学家C.V.拉曼实验中发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，也称拉曼效应，同年稍后在苏联和法国也被观察到。拉曼效应与康普顿效应类似，都是入射粒子的非弹性散射现象，不同之处在于拉曼效应的入射物质为单色可见光，康普顿效应的入射粒子则是x射线。拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。拉曼散射的原理：拉曼光谱是一种

2、散射谱，也是一种分子振动光谱，由对称分布在瑞利线两边的斯托克斯与反斯托克斯线组成。蓝澜082021071在拉曼散射中，分子可以从入射分子上吸收能量从基态激发至高的振动能级（斯托克斯线），也可以释放能量给入射分子从高的振动能级回到振动基态能级。通常情况下，斯托克斯线的强度要大于反斯托克斯线，这是因为根据玻尔兹曼定律，常温下处于基态的分子数比处于激发态的分子数多，遵守玻尔兹曼分布，因此斯托克斯线的强度大于反斯托克斯线的强度，和实验结果相符。由于室温下基态的最低振动能级的分子数目最多,与光子作用后返回同

3、一振动能级的分子也最多,所以上述散射出现的几率大小顺序为：瑞利散射>Stokes线>反Stokes线。随温度升高，反Stokes线的强度增加。表面增强拉曼光谱：瑞利散射和拉曼散射都属于弱散射，瑞利散射光强只有入射光的10E-3，拉曼散射则只有瑞利散射的10E-3。正是由于拉曼散射信号强度的弱小，使得拉曼光谱在实际科学研究中的使用迟迟无法达到实用水平。1974年Fleischmann等人发现吸附在粗糙化的Ag电极表现的吡啶分子具有巨大的拉曼散射现象，随后在1977年，VanDuyne及其合作者通过系

4、统的实验和计算发现吸附在粗糙银表面上的每个吡啶分子的拉曼散射信号与溶液相中的吡啶的拉曼散射信号相比，增强约6个数量级（即10E-6倍），指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，被称为SERS（SurfaceEnhancedRamanScattering）效应。关于SERS的机制，经过几十年的研究，人们提出了十几种理论模型，目前较普遍的观点是SERS活性的表面往往能产生被增强的局域电场，是金属表面等离子共振振荡引起的，这被称为物理增强。而分子在金属上的吸附常伴随着电荷的转移引起分子能级的变化，或者

5、分子吸附在特别的金属表面结构点上也导致增强，这两种情况均被称为化学增强。蓝澜082021071拉曼光谱的应用：图一所示，是一组石墨与石墨烯样品的拉曼偏移图。可以看到石墨烯与石墨的拉曼光谱在G-band和D-band的强度对比上有着显著的差别图1.石墨烯与石墨的拉曼光谱对比图二所示，是硅表面的拉曼偏移图。其拉曼偏移中心在520cm-1处，往波数减小方向的偏移说明硅表面受拉伸应力影响，往波数增大方向的偏移说明硅表面应力是压缩的。图2.拉曼光谱反映硅表面应力情况蓝澜082021071图三所示，是拉曼光谱

6、在毒品检测方面的应用。典型的毒品如海洛因和罂粟碱的图像如下，但如果其中混入的其他白色粉末如何检测呢？a.海洛因的拉曼光谱b.罂粟碱的拉曼光谱c.奶粉与洗衣粉的拉曼光谱图图3.毒品及其他白色粉末的拉曼光谱图实际上，组分不同的物质其拉曼光谱图各自不同，这样通过拉曼光谱分析可以很清晰份的分辨出外观类似的不同物质。蓝澜082021071表面增强拉曼光谱的应用：我们知道，一种得到表面增强拉曼光谱的方法需要得到粗糙的金属表面，图4是一种得到银纳米颗粒的方法。得到银纳米颗粒后，将其与溶剂混溶，旋涂烘干后，留下的

7、银纳米颗粒就成为理想的粗糙表面，它表面吸附的样品的拉曼光谱强度可以增强至原有的10E-6以上。图4.银纳米颗粒的制备蓝澜082021071右图显示了在光滑与粗糙（由纳米井造成）的银表面吸附的R6G（黄光碱性蕊香红）材料的拉曼光谱图，可以从图中看出，光滑表面、DI水溶液中的拉曼线强度都非常微弱，而在粗糙表面吸附的材料，其强度有明显的增强图5.不同浓度R6G在粗糙与光滑银表面的拉曼光谱