表面增強拉曼（Surface-Enhanced Raman Scattering，簡稱SERS），用通常的拉曼光譜法測定吸附在膠質金屬顆粒如銀、金或銅表面的樣品，或吸附在這些金屬片的粗糙表面上的樣品。儘管原因尚不明朗，人們發現被吸附的樣品其拉曼光譜的強度可提高10^3-10^6倍。主要用於吸附物種的狀態解析等
基本介紹
- 中文名：表面增強拉曼
- 外文名：Surface-Enhanced Raman Scattering
- 簡稱：SERS
- 套用：吸附物種的狀態解析等
歷史,效應,機理,進展,缺陷,
歷史
Fleischmann 等人於1974 年對光滑銀電極表面進行粗糙化處理後,首次獲得吸附在銀電極表面上單分子層吡啶分子的高質量的拉曼光譜。但Fleishmann認為這是由於電極表面的粗糙化，電極真實表面積增加而使吸附的吡啶分子的量增加引起的，而沒有意識到粗糙表面對吸附分子的拉曼光譜信號的增強作用。
一直到1977年，Van Duyne和Creighton兩個研究組各自獨立地發現，吸附在粗糙銀電極表面的每個吡啶分子的拉曼信號要比溶液中單個吡啶分子的拉曼信號大約強106，指出這是一種與粗糙表面相關的表面增強效應,被稱為SERS 效應。
效應
表面增強拉曼散射( SERS) 效應是指在特殊製備的一些金屬良導體表面或溶膠中,在激發區域內,由於樣品表面或近表面的電磁場的增強導致吸附分子的拉曼散射信號比普通拉曼散射(NRS) 信號大大增強的現象。
表面增強拉曼克服了拉曼光譜靈敏度低的缺點, 可以獲得常規拉曼光譜所不易得到的結構信息, 被廣泛用於表面研究、吸附界面表面狀態研究、生物大小分子的界面取向及構型、構象研究、結構分析等, 可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附態的變化、界面信息等。
機理
學術界普遍認同的SERS機理主要有物理增強機理和化學增強機理兩類。
電磁場增強( Electromagnetic enhancement, EM)機理：表面電漿共振( Surface plasmon resonance, SPR)引起的局域電磁場增強被認為是最主要的貢獻，表面電漿是金屬中的自由電子在光電場下發生集體性的振盪效應。由於Cu, Ag和Au 3種IB族金屬的d電子和s電子的能隙和過渡金屬相比較大, 使得它們不易發生帶間躍遷。只要對這3種金屬體系選擇合適的激發光波長, 便可避免因發生帶間躍遷而將吸收光的能量轉化為熱等, 從而趨向於實現高效SPR散射過程。
化學相互作用主要表現為Raman過程中光電場下電子密度形變難易程度。當分子化學吸附於基底表面時, 表面、表面吸附原子和其它共吸附物種等都可能與分子有一定的化學作用，這些因素對分子的電子密度分布有直接的影響，即對體系極化率的變化影響其Raman強度。
化學增強主要包括以下3類機理：
由於吸附物和金屬基底的化學成鍵導致非共振增強；
由於吸附分子和表面吸附原子形成表面絡合物(新分子體系)而導致的共振增強；
激發光對分子-金屬體系的光誘導電荷轉移的類共振增強。
進展
SERS 和其它技術一樣,既有它的優勢也存在缺點和不足，科學工作者們主要從以下幾個方面彌補其缺點與不足，拓寬SERS 的套用範圍。
多種技術聯用：可以檢測和鑑別分離產物的
SERS 和色譜聯用技術，利用光纖技術,將SERS 材料組裝到光纖上,作為高靈敏的檢測感測器。
新型SERS 活性基底：SERS 基底的製備一直是SERS 技術最重要的研究領域,而且對於擴大SERS 的研究範圍和套用領域起著重要的作用。利用日益成熟的納米材料的製備技術,已經可以獲得顆粒形狀和大小可以很好控制的納米顆粒,並將其作為模型材料來研究SERS 的增強機理。
針尖增強拉曼散射光譜（TERS）可以解決SERS的套用受到材料，形態和分子通用性的限制。TERS採用尖銳的尖端，由Au或Ag組成或塗有Au或Ag。在一些情況下，Au或Ag納米顆粒或納米結構可以附著到AFM或SFM探針，尖端在合適的激發源激發下產生局部增強的電磁場。增強的電磁場可以將吸附的探針分子和表面的拉曼信號增強多達六個數量級。
