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表面增强拉曼散射即SERS,其原理主要是吸附在粗糙化金属表面的化合物由于表面局域等离子激元被激发所引起的电磁增强(即物理增强),以及粗糙表面上的原子簇及吸附其上的分子构成拉曼增强的活性位点(即化学增强),这两者的作用使被测定物的拉曼散射产生极大的增强效应。其增强因子可达103~107,已发现能产生SERS的金属有Ag,Au,Cu和Pt等少数金属,以Ag的增强效应为最佳,最为常用。此技术具有选择性好和灵敏度高的优点,实际检测限可以达到10-12克级。可以区分同分异构体、表面上吸附取向不同的同种分子等,是研究表面和界面过程的重要工具,是定性鉴定化学结构相近化合物的有力手段。
基于上述两种主要的拉曼表面增强机理,本文主要研究和合成了两种基于化学还原和“种子生长”方法合成的银包覆体纳米薄膜。实验中首先大胆尝试了利用银溶胶粒子在丝素蛋白活性框架上的自组装原理合成树突状银纳米结构(DAN)并将其种植在经APES修饰过的玻片表面形成三维固相纳米薄膜。通过与传统基底对照测定试探分子亚甲基蓝及其他两种大分子物质的拉曼光谱,验证了改进型基底的比较优势和应用价值。其次,实验中又尝试改进了传统的银包磁溶胶,在桂酸的络合作用下在液体表面形成核壳结构磁性聚集体。并在外加磁场的作用下形成结构紧密,可转移和利用的二维纳米磁性膜。对该实验中合成的两种纳米薄膜的合成机理和物理化学特性,本文都从若干方面分别进行了研究。
在先前已有研究的基础上,本实验直接利用合成的新型拉曼增强基底,在实验室条件下分别对几种常用添加剂和药品进行了半定量检测。其中,西地那非柠檬酸盐属于“伟哥”主要成分,本实验中以合成的三维银纳米膜为基底,采用拉曼光谱法测定,并与西地那非标准品对照,摸索出一些有效的测定痕量西地那非的方法。同时,我们又以谷胱甘肽为检测分子,利用其与银粒子的吸附结合作用,着重研究了该分子在三维银纳米薄膜上的吸附形态。
苯丙氨酸是食品添加剂阿斯巴甜的原料,本文最后一章中也利用了实验室合成的二维银包磁薄膜基底对其进行了微量拉曼检测,并且以苯丙氨酸为样品分子,通过检测其拉曼光谱从而研究了影响该薄膜表面拉曼活性的两个因素。最后进一步讨论了实验过程中桂酸的引入对薄膜形成过程中银纳米粒子络合作用的机理。
该课题的目的是更深入的研究了不同基底和实验条件对样品分子表面增强拉曼光谱的影响,通过研究几种基底中纳米粒子表面的物理化学性质,更深一步了解基底的表面增强机制,探寻最佳增强条件,通过改变一些实验条件来提高拉曼活性基底的活性,最终实现对样品分子的高效检测。同时,这些工作为我们今后制备性能优良的SERS基底做了有意义的探索。在本实验中所制备的这些新型SERS基底有助于我们对更多大分子开展有关吸附作用机理以及分子间相互作用的SERS光谱研究,为今后深入探究相关生物分子的结构与性能间关系提供了有效的途径与有价值的信息。