贵金属SERS基底的制备及在禁用鱼类药物快速定量检测中的应用

发布时间：2020-06-12 07:13

【摘要】：拉曼散射是一种非弹性散射现象,主要原因是由于光入射到物质的表面时,物质中的分子使其散射光的频率发生改变,导致产生光子频率与入射光有差异的散射光。散射光与入射光的频率的差值即为拉曼位移。根据拉曼位移的大小,可以判断物质中包含的化学键、官能团等结构信息。因此,由拉曼散射得到的拉曼光谱常被用来判断物质的类别。由于物质的拉曼光谱具有特异性,拉曼光谱也被称为“指纹图谱”。但是,基于分子的拉曼散射截面极小的原因,常规拉曼散射信号是极其微弱的,所以其应用也受到了一定程度的限制。表面增强拉曼散射(SERS)是拉曼散射的主要发展,主要是依赖于增强基底对散射光信号的增强作用。增强基底一般是由贵金属制备而成,而且其表面通常具有粗糙的微观结构。常见的用于制备增强基底的贵金属包括金、银和铂等。借助于基底对拉曼信号的增强作用,物质的拉曼信号一般能够增强106倍以上。相比于常规拉曼散射,SERS克服了前者信号强度较弱的问题,同时还具备了响应快速、制样简单、无损检测、痕量分析等诸多优点。目前,SERS光谱技术已经能够广泛地应用于食品安全、环境监测、化学分析等领域。本论文针对SERS光谱技术在食品安全方面的应用,制备出了两种贵金属SERS基底—具有三维结构的金基SERS基底和银基柔性SERS基底,并将这两种基底应用于水产品市场上禁用鱼类药物的检测。通过利用罗丹明6G(R6G)对基底的SERS性能进行实验探究,得出具有三维结构的金基SERS基底和银基柔性SERS基底均具备良好的拉曼信号增强性能。具有三维结构的金基SERS基底对R6G的检测精度能够达到10-7 M,同时增强因子(EF)高达4.03×104,表明了基底良好的灵敏性。银基柔性SERS基底对R6G的检测精度能够达到10-8M,EF达到3.29×105,同时100条SERS图谱的指定特征峰强度的RSD为8.479%,证明该基底不仅具有高性能的信号灵敏性,同时还具有优越的信号均匀性。此外,通过对R6G的弯曲循环测试得出,该柔性SERS基底还具备良好的柔性,使该基底在实际应用中具备很好的潜能。基于具有三维结构的金基SERS基底,对结晶紫(CV)和孔雀石绿(MG)这两种禁用鱼类药物的检测能够达到10-7M,并且得到了良好的对数定量关系曲线。在将该基底用于实际环境中的检测时,利用水产品用水作为溶剂也能达到上述检测效果。利用银基柔性SERS基底,在实验用水和水产品用水两种实验环境中,对MG的检测精度也均高达10-7M,并能够得到理想的对数线性关系。为了进一步拓展该基底的应用,完成了在浸涂过MG的鱼身上取样的实验,并且实验结果符合得到的对数线性关系,这有利于进一步拓展银基柔性SERS基底在实际环境中的实用性应用。
【图文】：

拉曼散射即是一种非弹性散射［１，２］，是由印度的物理学家拉曼在１９２８年发现的物理现逡逑象，描述的就是一束单色光波在物质的表面被散射，致使其频率产生一定程度变化的逡逑现象，这种现象也被称为拉曼效应，如图１－１所示。物质发生拉曼散射产生的图谱就逡逑是拉曼光谱。逡逑ＲＳ逡逑ｊ邋ｉ逡逑｜｜逡逑ｈｖＬ逡逑ｈｖＬ邋ｈｖ％逦ｈｖ？逡逑＿邋＿＿＿邋＿＿＿＿逦＿＿逡逑逦逦邋Ｉ邋ｈｖＭ逡逑Ｐｍ邋ＯＣ邋ａ邋Ｒ＾Ｉｌ逡逑图１－１拉曼散射的原理逡逑拉曼散射发生的具体过程为：当一束特定频率的激光入射到某些物质的表面时，逡逑光子会和物质中的分子发生相互作用（光子从分子中得到能量，或者向分子中转移能逡逑量［３］），导致光子的能量增加或减少，使激光的频率增大或减小，从而产生和入射光频逡逑率有区别的散射光，这个激光频率发生变

观结构的金属表面时，由于表面等离激元和光子的耦合，光谱效应会受到很大程度的逡逑影响［５，６］。在ＳＥＲＳ效应中，由光场和表面等离激元耦合产生的共振，能够极大地增强逡逑分子的拉曼散射信号［７＿１５］，从而得到ＳＥＲＳ光谱，如图１－２所示。基于ＳＥＲＳ光谱，物逡逑质的拉曼信号一般能增强１0６以上的量级，克服了拉曼信号非常微弱的缺点，拓展了逡逑它的应用潜能。逡逑１．２．邋２表面增强拉曼光谱的特点逡逑ＳＥＲＳ光谱是物质的拉曼信号经过增强基底的增强以后得到的光谱，可以用来检逡逑测浓度较低的物质。在获得ＳＥＲＳ光谱的过程中，ＳＥＲＳ增强基底是必不可少的条件。逡逑ＳＥＲＳ基底一般是由Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ等贵金属制备而成的，并且其表面通常需要具备粗逡逑糙的微纳米结构［１６＿２（）］。当一束激光照射到基底表面的时候，由于等离子体共振作用，逡逑会在基底微观结构的间隔、边缘、尖端等处形成许多的热点。这些热点所在的区域，，逡逑就是能够发生较强ＳＥＲＳ的区域。这些热点的形成，和基底的粗糙微观结构具有密切逡逑的联系
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.37;TS254.7

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本文编号：2709181