表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其在生物分析中的應(yīng)用

1、食品課程論文食品課程論文題目表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其生物表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)及其生物分析應(yīng)用研究進(jìn)展分析應(yīng)用研究進(jìn)展姓名陳坤學(xué)號2009309010006專業(yè)食品科學(xué)二○○九年十二月（ElectromagicenhancementEM）機(jī)理[8]。式，（1）后半部分表明，體系極化率（αρσ）fi越大則相應(yīng)拉曼信號的強(qiáng)度也越大，這是SERS化學(xué)增強(qiáng)（ChemicalEnhancementCE）機(jī)理的貢獻(xiàn)[59]。它是由于分子和表面之間的化

2、學(xué)作用，從而增大了體系的極化率。1.1化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理化學(xué)增強(qiáng)機(jī)理化學(xué)相互作用對反映在光電場下電子密度形變難易程度的拉曼過程是非常重要的。當(dāng)分子化學(xué)吸附于基底表面時，表面、表面吸附原子（Adatom）和其它共吸附物種等都可能與分子有一定的化學(xué)作用，這些因素對分子的電子密度分布有直接的影響。化學(xué)增強(qiáng)主要包括以下3類機(jī)理：（1）由于吸附物和金屬基底的化學(xué)成鍵導(dǎo)致非共振增強(qiáng)（ChemicalBondingEnhancementCB）；（2）由于吸

3、附分子和表面吸附原子形成表面絡(luò)合物（新分子體系）而導(dǎo)致的共振增強(qiáng)（SurfaceComplexesEnhancementSC）；（3）激發(fā)光對分子金屬（MoleculeMetalmM）體系的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移的類共振增強(qiáng)（PhotoninducedgeTransferEnhancementPICT）。這3種增強(qiáng)機(jī)理都表示體系極化率的變化對拉曼強(qiáng)度的影響，它們的區(qū)別在于CB增強(qiáng)是由于分子與表面化學(xué)吸附形成化學(xué)鍵，引起分子和金屬間的部分電荷轉(zhuǎn)移

4、；該體系極化率的分子和分母項都沒有顯著變化，但是分子的HOMO和LUMO軌道展寬。SC增強(qiáng)是由于在表面上由部分帶正電的金屬原子組成的原子簇和帶部分負(fù)電荷的分子以及電解質(zhì)陰離子形成表面絡(luò)合物，這種絡(luò)合物作為新的分子體系，具有不同的HOMO和LUMO，在可見光激發(fā)下可以達(dá)到共振；該體系極化率的分子和分母項都有較大改變，特別是分母項由于滿足共振條件，其實部趨于零。PICT增強(qiáng)并不強(qiáng)調(diào)表面與分子有很強(qiáng)的化學(xué)作用，主要取決于金屬電極的費米能級和分

5、子HOMO或LUMO的能量差；若該值與激發(fā)光能量相匹配，就會發(fā)生分子到金屬或者金屬到分子的電荷轉(zhuǎn)移；該體系極化率的改變主要體現(xiàn)在中間態(tài)∣r〉上，即體系的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)。1.2SERS的電磁場增強(qiáng)機(jī)理的電磁場增強(qiáng)機(jī)理在SERS效應(yīng)的電磁場增強(qiáng)機(jī)理解釋中，表面等離子體共振（SurfaceplasmaonresonanceSPR）引起的局域電磁場增強(qiáng)被認(rèn)為是最主要的貢獻(xiàn)[912]。表面等離子體是金屬中的自由電子在光電場下發(fā)生集體性的振蕩效應(yīng)[13

6、14]，特定粒徑的納米粒子金屬因為各自獨特的等離子體共振吸收而顯現(xiàn)出豐富多彩的顏色效應(yīng)。這種等離子體的共振吸收早在19世紀(jì)人們就開始了對其內(nèi)在機(jī)理進(jìn)行研究。Lenz，Mie和Debye各自獨立發(fā)展了相應(yīng)方法計算介質(zhì)球?qū)﹄姶挪ǖ纳⑸渥饔?，這樣的理論[1517]被稱之為LenzMieDebye理論，LenzMie理論或Mie理論。Mie首次解釋了各種粒徑的球形金納米粒子的顏色起源。Gans修正的Mie理論可以處理橢球或者類橢球粒子的光學(xué)性質(zhì)

7、，較好地解釋了金納米棒的橫模和縱模等離子體吸收峰，以及縱模吸收峰隨粒子長徑比變化的現(xiàn)象。由于早期Mie理論只是考慮孤立粒子的光學(xué)性質(zhì)，并沒有考慮臨近粒子的耦合作用，而納米粒子之間的耦合作用對其自身的光學(xué)性質(zhì)和SERS的增強(qiáng)作用都有很大的影響。當(dāng)粒子之間的距離小于粒子本身的尺度，甚至在發(fā)生團(tuán)聚時，等離子體共振峰（SPR）發(fā)生紅移，同時在更長波長的位置出現(xiàn)吸收峰，這些譜峰被認(rèn)為是類似于納米棒中的縱模共振峰。為了克服Mie理論的缺陷。人們發(fā)展