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读懂拉曼光谱和SERS技术

时间:2021-03-10 17:47来源:金利仪器 作者:金利仪器 点击:
拉曼光谱 拉曼光谱是一种无损分析方法,它是基于光和物质的相互作用产生的。当激光光源的高强度入射光直接照射到样品上时,会发生散射现象。当散射光与入射光具有相同的波长时,这种散射称为瑞利散射。此外,还有一小部分散射光的波长与入射光不同,这部分散
  

拉曼光谱

 
拉曼光谱是一种无损分析方法,它是基于光和物质的相互作用产生的。当激光光源的高强度入射光直接照射到样品上时,会发生散射现象。当散射光与入射光具有相同的波长时,这种散射称为瑞利散射。此外,还有一小部分散射光的波长与入射光不同,这部分散射光称为拉曼散射。
 
但是,几十年来,拉曼光谱技术在实际应用中并未得到充分利用。
 
这主要归因于以下两点:
 
—拉曼信号相对较低,因为在106个入射光子中只有约1个发生拉曼散射;
 
—荧光干扰,这取决于分析物分子的性质和所用的激发波长。荧光比拉曼散射效率高得多,因此可以完全淹没拉曼信号。
尽管它们取决于所分析物分子和样品基质的散射强度,但正常拉曼散射的典型检测限浓度范围约为1%-10%。对于疾病检测或麻醉品识别等应用,这样的检测限远远不够。在这种情况下,就要进行SERS测量。
 
surface-enhanced Raman scattering表面增强拉曼散射(SERS)克服了信号微弱的缺点,可以大大增强拉曼强度。
 
在70年代,研究小组观察到当吸附到粗糙的金属基质上时,来自有机分子(如吡啶)的拉曼信号大大增强。尽管出现了几种理论来解释这种现象,但如今人们普遍认为增强机制并非一种:电磁增强机制占主导地位,而化学机制占增强的一小部分。
 
使用由贵金属(通常是银或金)制成的粗糙化的纳米金属基底,可以实现电磁增强。这是由于,当激光激发样品和纳米材料的复合物时,会发生局域表面等离子共振(上图),简称LSPR(Localized Surface Plasmon Resonance)。在这种条件下,激光激发辐射和样品的散射辐射都会被放大。从理论上讲,该电磁增强可以将信号增强至1011倍。同时,化学增强从理论上可增强104倍。通过组合的增强机制,使得SERS能够检测到单个分子的拉曼信号。
 
纳米增强基底
 
在过去的二十年中,这些纳米结构的制造已成为学术研究的一个热门领域。SERS基底可以包括胶体悬浮液、固体纳米球和涂在硅芯片上的金属。当分析物分子置于纳米结构的交界处时,增强作用往往达到较高水平,我们也称为SERS“热点”。因此研究人员可以定制基底的形状和等离子激元的活性,以达到更高的增强水平。
 
现有常规拉曼谱库是否适用于SERS光谱分析?
 
盐酸芬太尼的正常拉曼光谱与盐酸芬太尼在市售SERS基底上的SERS光谱之间的差异。
 
芬太尼的正常拉曼光谱比相应的SERS光谱包含更多的峰,SERS波段也比正常拉曼波段更宽。SERS光谱和正常拉曼光谱之间的差异,很大一部分原因是基底造成的。
 
在这种情况下难以使用常规拉曼谱库进行SERS光谱分析。因此,我们鼓励需要SERS应用的用户创建自己的SERS光谱数据库。
 
瑞士万通拉曼光谱解决方案
 
瑞士万通旗下包括Metrohm Raman和B&W Tek两大拉曼产品品牌,拥有多种类型的拉曼光谱仪,全面覆盖科研、食品、制药、安防等多个领域。
 
目前,我们的手持式拉曼产品中已经包括了针对SERS分析的麻醉品库,我们也会开发更复杂的SERS谱库便于用户的使用。
 
 
 
(责任编辑:金利仪器d)
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