纳米银表面增强拉曼基底制备及其多氯联苯痕量检测应用

发布时间：2020-06-22 21:18

【摘要】：多氯联苯等持久性有机污染物严重威胁着人类的健康，而表面增强拉曼效应具有快速、灵敏地检测痕量多氯联苯的潜力。表面增强拉曼效应方法检测的关键技术在于高灵敏度的表面增强拉曼基底的制备。本文使用液氮冷却条件下的倾斜生长方法制备了多种形貌的高灵敏度银纳米结构表面增强拉曼基底，并且将该基底应用到痕量多氯联苯的检测和同系物的分辨中。主要的内容和成果如下： 首先，建立了倾斜生长的半球生长模型以指导不同形貌纳米结构的精确制备，并使用液氮冷却倾斜生长的样品台。液氮冷却的加入，扩展了倾斜生长方法的材料适用范围，提高了形貌控制的精度，优化了银纳米斜棒阵列的分立性，并实现了银纳米圆柱、螺旋及折线形貌的倾斜生长制备。 其次，使用痕量罗丹明6G作为检测分子，证实了倾斜生长方法制备的高分立性、适当长度和孔隙率的银纳米棒结构阵列具有极高的表面增强拉曼灵敏度，能够检测出10－14mol/L的罗丹明6G水溶液。 随后，采用实验测量数据与密度泛函理论模拟相结合的方法建立多氯联苯的标准拉曼光谱数据库。通过密度泛函理论模拟多氯联苯的振动模型，确定了多氯联苯各同系物的主要特征峰，以及各特征峰所对应的振动模式，为表面增强拉曼方法检测痕量多氯联苯提供了数据支持。 进而，使用银纳米棒基表面增强拉曼基底检测出了痕量的五氯联苯，并且分辨出了痕量的一氯联苯同系物。使用丙酮作为有机溶剂配制痕量多氯联苯溶液，在拉曼检测前挥发掉丙酮以消除溶剂对拉曼光谱的影响，将表面增强拉曼方法应用于非水体系的痕量检测中。在实际土壤样品中检测出了10－6mol/L的多氯联苯，证实了表面增强拉曼效应应用于持久性有机污染物检测的可行性。 最后，使用螺旋型和折线型等银纳米结构进一步提高了银纳米棒基表面增强拉曼基底的灵敏度，同时对增强的机理进行了探讨。通过实验证实了银纳米结构“hot spots”数量的增加能够提高表面增强拉曼效应的灵敏度；衬底层反射率的增加也能够提高衬底层上沉积的银表面增强拉曼基底的灵敏度。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X830

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本文编号：2726256