SERS简介

•绪论第一章•纸上SERS活性基底的制备及孔雀石绿的检测第二章•纸上SERS活性基底用于碱性磷酸酶的检测研究第三章•拓展第四章第一章发展历程印度物理学家拉曼(C.V.Raman)于1928年发现了光的非弹性散射效应，并因此于1930年获诺贝尔物理学奖。早在1923年,德国科学家Semkal等人就从理论上预测了频率发生改变的散射。20世纪30年代末，当时的激发光源是汞弧灯，而拉曼散射光的强度更低，所以产生的拉曼光谱非常弱，使拉曼光谱的应用受到限制。到了40年代中期，红外光谱的进步和商品化使拉曼光谱的发展几乎停滞。直到60年代初期激光技术的问世以及光电转换器的改进，给拉曼光谱技术带来了转机。七十年代开始，随着科学技术的发展，特别是激光技术的发展，拉曼光谱技术的应用得到不断扩展，被广泛应用于物理、化学、材料、生物医药等各个领域。拉曼光谱和红外光谱•相同点：给定基团的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，两者均在红外光区，都反映分子的结构信息•不同点：两者产生的机理不同；红外光谱测定的是光的吸收，而拉曼测定的是光的散射；红外光谱对于水溶液、单晶和聚合物的检测比较困难，但拉曼光谱检测十分容易；红外光谱不可以用水做溶剂，但是拉曼可以；拉曼光谱的是利用可见光获得的，所以拉曼光谱可用普通的玻璃做样品池，而红外光谱的样品池需要特殊材料做成的。•本质区别：红外是吸收光谱，拉曼是散射光谱；两种技术包含的信息通常是互补的。拉曼光谱的基本原理•散射拉曼散射(非弹性)斯托克斯线反斯托克斯线瑞利散射（弹性）瑞利散射光线瑞利散射拉曼散射对比中得出？一、弹性散射特点：νλ＝ν散瑞利散射:如空气中水分子、分子、原子等。特点：散射光强度正比于λ－4。二、非弹性散射特点：νλ≠ν散散射光在散射体内发生了能量交换使散射光的光子能量与入射光的光子能量不同，即散射光频率改变，这种散射光称为拉曼散射光。散射光的频率改变与分子的振动能级有关。。电子基态的振动上能级电子基态的振动能级，且为拉曼位移。，称频率有两种：，散射光的如入射光的频率为::1001000EEEEhcmmmmStokes：scatterlaserAnti-stokes：scatterlaser一、发现SERS1974年，Fleischmann小组对光滑的银电极表面进行粗糙化处理后，首次获得吸附在银电极表面上的单层吡啶分子高质量的拉曼光谱。而后，VanDuyne和Creighton小组通过系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比溶液中的吡啶分子的拉曼散射信号增强约6个数量级。这种与银、金、铜等粗糙表面相关的表面增强效应称为表面增强拉曼散射（SurfaceEnhancedRamanScattering）优点：•1、SERS为单分子单粒子探测的优良方法•2、可用于纳米技术•3、水分子的拉曼散射极弱，SERS可以直接检测水溶液中的样品，不需要考虑水分子振动影响•4、SERS技术中，样品制备相对简单，不破坏检测样品...二、优缺点缺点：1、SERS材料仅限于一些金属、金属氧化物和半导体材料，然而只有Ag和Au的SERS基底活性高2、SERS基底必须是粗造化的金属表面，而粗糙基底大多不稳定，因此SERS实验的重现度不高3、SERS是一种表面分析技术，如果分析物不能吸附到基地表面上，限制了SERS的应用克服缺点增强SERS强度三、增强SERS机理SERS电磁场增强机理避雷针效应表面镜像场理论局域表面等离子体共振化学增强机理原子模型电荷转移1、电磁场增强机理（EM）•EM为一种物理增强模型，通过外加电场激发光与金属表面相互作用使分子的SERS信号增强•作用：能够解释拉曼散射光强度与表面粗糙度、分子偶极定向、激发光波长及入射角度等因素有关。不足：SERS有些结果不能用该理论解释例如：不同分子在相同的SERS基底上产生不同的SERS增强效应；不是所有的吸附分子都能产生SERS信号...而这些现象与分子的化学性质有关2、化学增强机理（CM）为了解释电磁场增强机理无法解释的现象，研究者们提出化学增强模型来弥补电磁场增强模型的不足。目标分子与金属表面之间相互作用形成化学键，是一种短程作用作用：化学增强模型主要考察目标分子与SERS之间的相互作用电磁场增强对SERS的贡献最大四、SERS在生物分析中的应用•1、SERS在生物小分子中检测中的应用•大多数生物小分子都具有SERS活性，一般可以将目标物直接与SERS活性基底作用来实现SERS检测，对于那些不能直接吸附在SERS基底的生物小分子，可以利用SERS实现定量分析检测ν0分子2、SERS在免疫检测中的应用•表面增强拉曼免疫分析(SERIA)是利用SERS的高灵敏度与光谱选择性，结合抗体抗原的特异性识别，建立起来的一种新标记免疫分析技术。SERS与荧光分析相比有独特的优势，首先拉曼光谱峰宽度通常为荧光的1/10~1/100；其次拉曼散射受水干扰小;再次SERS信号不存在光漂白现象。所以在一定程度上可以适当延长检测时间以获得较好的信号，SERS信号也不会发生自淬灭，因此可以通过增加标记抗体上标记物的数量来增强SERS信号，提高检测灵敏度。综上所述：SERS在标记免疫分析领域中很有应用潜力。3、SERS在DNA检测中的应用DNA检测非标记型吸附基底DNA检测（早期）碱基特征光谱检测（现代）标记型SERS分子修饰DNA检测4、SERS在细胞和细菌检测中的应用（1）SERS可用于生物体内复杂体系的研究（2）借助灵敏度和选择性高的SERS标记物研究细胞（3）以银或金纳米颗粒作为SERS活性基底，直接将其涂层到细菌的细胞壁上或吸附到细胞壁上。拉曼散射小结•目前，SERS活性基底的制备，是SERS研究领域的热点，高活性的SERS的发展不仅可以拓宽SERS的应用范围，还可以作为SERS理论模型不断推动SERS技术的发展，我们尝试构建灵敏度高、重现性好、制作简单的SERS基底，用于化学和生物分子的分析检测。第二章前言由于金、银溶胶具有纳米级粗糙表面以及良好的水溶性，SERS可以用于可溶性吸附分子的生化分析和痕量分析。可以使纳米颗粒发生团聚而得到SERS增强。食品安全是我们每个人都很关心的问题，但是近几年频频发生食品安全问题。例如瘦肉精事件、三鹿奶粉事件、蒙牛牛奶事件、孔雀绿石事件等，这些都严重威胁着人类的健康。•我国早就禁止使用孔雀石绿作为渔场杀菌剂，但是因为孔雀石绿是一种廉价易得高效的化学消毒剂，在水产品中非法使用孔雀石绿的现象依然存在，想要解决这一问题，必须从源头把好关，在水产品的生产运输等各环节做好检测工作。实验部分一、试剂与仪器硝酸银、氯化钾、二水合柠檬酸三钠；激光共振拉曼光谱仪；孔雀石绿等孔雀石绿•孔雀石绿是有毒的三苯甲烷类化学物，既是染料，也是杀真菌、杀细菌、杀寄生虫的药物，长期超量使用可致癌，无公害水产养殖领域国家明令禁止添加。激光共振拉曼光谱仪•激光共振拉曼光谱仪主要适用于科研院所、高等院校物理和化学实验室、生物及医学领域等光学方面，研究物质成分的判定与确认;还可以应用于刑侦及珠宝行业进行毒品的检测及宝石的鉴定。•参考利用柠檬酸钠还原法：在剧烈搅拌下将150ml1mM的硝酸银溶液加热至沸腾，快速加入柠檬酸钠溶液保持沸腾一个小时，然后停止加热，搅拌冷却至室温，将制得的银溶胶于4度下避光保存。注意:银溶胶在使用前需要超声处理，解除储存过程中可能引起的非特异性团聚。二、纳米银溶胶的制备三、纸上SERS活性基底的制备•将银溶胶在10000rpm的转速下，离心12分钟浓缩十倍,。将定量滤纸剪成规格为0.5cm*1cm的滤纸片将其浸泡于含氯离子的银溶胶中自组装过夜，取出后用超纯净水冲洗，除去吸附不紧密的Ag氧化物，晒干后，就得到二维的纳米银膜，备用。四、拉曼光谱实验•拉曼光谱是使用激光共振拉曼分析系统获得。实验使用的激发光波长为632.8nm，采用相关软件处理拉曼光谱即可。基底定量化重现性结果与讨论一、基底的表征通过研究发现，纳米颗粒尺寸、形状和表面形貌等因素都会对SERS产生极大的影响，一般情况下，大多数单个纳米颗粒的SERS增强因子相对于溶胶团聚体的SERS增强因子小，可以加入一些无机盐无机酸或者有机胺与溶液中钠米颗粒发生团聚而达到增强的效果。二、纸上SERS基底的增强效应在SERS研究领域，组装粒子膜是传统的SERS活性基底之一，制备粒子膜常用的衬底材料有滤纸、硅片、金属薄片以及氧化铟锡玻璃，由于滤纸具有微米级相互交错的纤维结构，易于通过自组装法在其表面吸附金属纳米粒子，形成一层纳米级金属膜。采用孔雀石绿为SERS探针分子，研究了其在不同银膜基底上的SERS增强效应。三、氯离子对SERS基底的影响•采用孔雀石绿为SERS探针分子，研究了不同浓度的氯离子加入到10倍浓缩银溶胶中，发现，在银溶胶体系中加入适量的氯离子会引起SERS效应的进一步增强主要来自电磁场增强和化学增强两方面。拉曼散射四、纸上SERS活性基底用于孔雀石绿的检测不同浓度孔雀石绿溶液在含氯离子银离子膜上的SERS的光谱图不同，从图中观察，孔雀石绿的浓度越高，SERS峰的强度增强小结•利用滤纸具有海绵一样的微米级纤维结构，采用自组装方法在其表面吸附AgNPs,得到了比较均匀的银粒子膜；而氯离子的加入，使探针分子的SERS增强效应进一步得到增强。•欧盟检测孔雀石绿的方法是液相色谱-质谱发法，耗时又复杂，通过制备纸上SERS活性基底，可以实现对孔雀石绿简单快速的灵敏检测第三章前言拉曼散射光只占总散射光的极小一部分，普通的拉曼散射光谱灵敏度极差，在很长一段时间里，拉曼散射在分析科学中基本上没有什么实用价值，直到SERS现象的发现，克服了普通拉曼光谱灵敏度差的问题。•将纸上微流生物传感传感技术发展到SERS分析检测中，利用一台薄层电动点样器，将含氯离子的银溶胶涂层到pvp处理过的滤纸上，形成传感列阵，用于碱性磷酸酶的分析检测。PVP•是一种非离子型高分子化合物，是N-乙烯基酰胺类聚合物中最具特色，且被研究得最深、广泛的精细化学品品种。具有亲水性易流动白色或近乎白色的粉末，有微臭。•用作气相色谱固定液实验部分一、试剂与仪器碱性磷酸酶、磷酸、硝酸银、氯化钾、柠檬酸钠、拉曼光谱仪等碱性磷酸酶（ALP）•碱性磷酸酶是一种含锌糖蛋白，广泛存在于人体组织和体液中，主要分布于肝脏，其次是分布于骨骼、肾脏等。ALP是一种磷酸单酯酶，在碱性条件下，可以催化水解各种天然或人工合成的磷酸单酯化合物。柠檬酸钠•在食品、饮料工业中用作风味剂、稳定剂；在医药工业中用作抗血凝剂、化痰药和利尿药；在洗涤剂工业中，可替代三聚磷酸钠作为无毒洗涤剂的助剂；还用于酿造、注射液、摄影药品和电镀等。是生物类试验的基本药剂之一。二、纸上SERS基底的增强效应(略)三、碱性磷酸酶的分析检测AnalyteRamanAgNPsPVP结果与讨论•一、检测原理在拉曼光谱中，X=Y=Z，C=N=C，O=C=O-这类键的对称伸缩振动是强谱带，反这类键的对称伸缩振动是弱谱带。红外光谱与此相反。醇和烷烃的拉曼光谱是相似的：I.C-O键与C-C键的力常数或键的强度没有很大差别。II.羟基和甲基的质量仅相差2单位。III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。•拉曼光谱对不同烯醇式化合物的拉曼谱峰和峰归属不同，可对碱式磷酸酶的水解底物进行检测二、纸上SERS活性基底的制备影响因素影响因素加样方式对SERS效应的影响PVP修饰滤纸对SERS效应的影响较高的有序性和均匀的SERS增强效应三、碱性磷酸酶的分析检测通过不同浓度ALP催化作用下的产物SERS光谱图可以看出，SERS峰强度随着碱性磷酸酶浓度的增强而增强，可以直接通过检测酶催化产物的SERS光谱即可实现碱性磷酸酶的分析检测，且重现性好小结利用PVP的表面活性及其很强的粘接能力，结合点样技术，制得较均一的AgNPs/PVP/滤纸SERS活性基底，用于碱性磷酸酶的快速分析。第四章前言现代仪器分析方法•光谱分析•X射线谱分析•放射性分析•质谱分析•波谱分析•电子显微分析与电