纳米银颗粒在SERS中的制备与应用

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拉曼光谱学属于非弹性光散射,散射光区别于入射光,包含着散射分子的振动与转动状态等信息,但由于散射光强度较弱的问题限制了其发展。表面拉曼增强散射(SERS)技术极大地提升了拉曼散射的信号强度,因此成为当今研究的热门领域,并且在痕量物质检测、生物医学、公安侦查等方面拥有广阔的应用前景。目前,对于SERS基底的制备已经进行了各方面的探究,但仍然没有实现高重复性、高稳定性、成本较低等工业化的条件。  在SERS的研究过程中,通过比较不同基底对于探针分子的增强效果,确定银的增强效果最好。但是,由于纳米银颗粒的形貌、粒径、间距等差异造成增强效果的不稳定性,再现同样的银颗粒基底的难度较大,因此也阻碍了SERS基底的工业化生产过程。本文的主要内容就是优化一种纳米银颗粒的制备过程,并且通过比较各项条件,验证这种标准下制备的银颗粒拥有最强的增强效应。  首先,使用水热法制备纳米银颗粒。可控的实验参数主要包括不同的溶剂混合比例:溶剂水和还原剂乙醇;保护剂PVP的含量;实验反应的温度等,考察这些条件对银颗粒形貌的影响。利用电子透射显微镜观察纳米尺度下的颗粒形貌、粒径和分散情况,并给出比较分析。  然后,利用制备得到的纳米银颗粒进行SERS检测,采用的探针分子是有色染料罗丹明 R6G,比较的实验参数沿用了制备时的分类,分析了实验条件与最终SERS结果之间的联系。最终,我们确定了在水热法下制备增强性能最好的银颗粒的实验参数,并标定了检测极限为10μmol/L。经过多次反复实验,可以保证颗粒各项参数的稳定性。  最后,利用有限元法分别对球形、圆柱形、三棱柱模型进行了模拟分析,通过电场分析得出了不同的增强基底颗粒形貌、入射光的偏振、颗粒的间距等都会对SERS结果产生影响的结论,并且利用理论数据解释了相关的实验现象。  通过一系列的实验与分析,我们极大地优化了水热法这种方法的实验参数以及SERS效果,纳米银颗粒重复性强,稳定性强,具备良好的应用前景。
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