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表面增强拉曼光谱技术是通过拉曼活性基底大幅度增强样品分子的拉曼信号,实现低浓度样品的检测,因此拉曼光谱的研究与拉曼活性基底的研究密不可分。由于金属溶胶拉曼活性基底一般是由化学还原的方法制作出来的,因而溶胶中必然会含有一些残余离子。这些离子对溶胶的拉曼活性、以及溶胶的稳定性具有很大的影响,也由于这些阴离子会产生一些反常谱带而对所测样品分子的拉曼光谱产生干扰。
本文主要研究由两种化学还原法制作出的银溶胶和“种子生长”方法合成的金壳.银核纳米粒子。通过加入一系列阴离子如氯离子、溴离子、碘离子、硫酸根离子和硝酸根离子作为凝聚剂,研究溶胶本身的拉曼光谱和样品的表面增强拉曼光谱的变化:以亚甲基蓝为样品,分析其表面增强拉曼光谱的变化规律,研究变化的内在机制；对样品分子的拉曼光谱中出现的一些反常谱带给予合理的解释。本文首次综合详细研究硼氢化钠还原和盐酸羟胺还原银纳米粒子的表面化学变化对样品表面增强拉曼光谱的影响；首次通过加入一系列不同种类的阴离子、不同浓度的阴离子,研究溶胶中粒子的凝聚状态以及样品表面增强拉曼光谱的变化规律。
本文首先综述了激光拉曼光谱技术的发展历程、表面增强拉曼活性基底的作用机理及国内外拉曼活性基底的研究进展。其次,本文研究了硼氢化钠还原的银溶胶及盐酸羟氨还原的银溶胶本身的性质,并以两种银溶胶为拉曼活性基底,通过加入不同种类、不同浓度的阴离子改变溶胶中银粒子表面的物理化学性质,研究亚甲基蓝的表面增强拉曼光谱的变化规律,得出如下结论:氯离子可以吸附在银粒子的表面形成很强的银-氯化学键,测溶胶的拉曼光谱时在大约240 cm-1处出现一条很强的拉曼谱带；加入的各种离子在银粒子的表面产生“竞争吸附”作用,在银粒子表面吸附能力强的离子会把吸附能力弱的离子排斥掉；Cl-的增强效果最好,并且当它的浓度为0.02mol/L时,溶胶的拉曼活性最大,增强效果最好,而其浓度过高或过低,样品的拉曼光谱都会减弱；银粒子表面化学性质的改变使样品分子更容易吸附在银粒子表面,得到增强的拉曼光谱,此时,银纳米粒的凝聚依然存在,样品分子显著的增强效果是银纳米粒表面化学成分改变与银纳米粒的凝聚共同作用结果。一些吸附作用较弱的离子,如硫酸根离子,硝酸根离子,只能引起银纳米粒的凝聚。最后,本文研究了“种子生长”方法制作的核壳纳米粒,就其拉曼活性与金溶胶,银溶胶进行对比研究。
该课题的目的是更深入的研究阴离子对化学还原方法制作的溶胶拉曼基底的作用,进一步阐述阴离子与金属粒子表面的相互作用机制,并分析一些反常谱带产生的原因,通过研究溶胶中的残余离子对其表面增强拉曼光谱的影响,以及额外加入的离子对溶胶拉曼活性的影响,通过对比几种溶胶中纳米粒子表面的物理化学性质,更深一步了解溶胶的表面增强机制,探寻溶胶的最佳增强条件,通过改变一些实验条件来提高拉曼活性基底的活性,进而完善表面增强拉曼活性基底的增强机制,最终实现对样品分子的高效检测。