隨著科技的飛速發(fā)展,，光電應(yīng)用與材料領(lǐng)域正不斷涌現(xiàn)出令人矚目的新知識(shí)和技術(shù)與新應(yīng)用,，為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,，作為光電行業(yè)的領(lǐng)*企業(yè),，北京卓立漢光儀器有限公司積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任,，特別策劃并推出《名家專欄》系列技術(shù)與應(yīng)用新聞專欄,，該專欄匯聚激光物理,、拉曼光譜、等離子體,、電化學(xué),、量子理論及激光誘導(dǎo)擊穿光譜等多領(lǐng)域系列，全系列專欄共計(jì)36篇,，深入剖析前沿科技,，為讀者帶來(lái)專業(yè)而豐富的知識(shí)盛宴,，為廣大科研工作者提供一個(gè)交流與學(xué)習(xí)的平臺(tái)?！睹覍凇防庾V系列專欄第二期,，邀請(qǐng)四川大學(xué)原子與分子物理研究所雷力老師、王揚(yáng)斌老師,，對(duì)SERS現(xiàn)象的產(chǎn)生,、增強(qiáng)機(jī)制和應(yīng)用做詳細(xì)分享。

SERS現(xiàn)象

由于拉曼信號(hào)本質(zhì)上很弱且常常受到其它信號(hào)的干擾和削弱,，科學(xué)家們不斷探索使拉曼信號(hào)更強(qiáng)和更容易檢測(cè)的方法,。表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,，簡(jiǎn)稱SERS）就是其中一種,，它利用了具有等離子體性質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性，使得位于等離子體金屬納米結(jié)構(gòu)附近的目標(biāo)分子的拉曼信號(hào)顯著增強(qiáng),。SERS技術(shù)提高了拉曼光譜的靈敏度,，通過增強(qiáng)拉曼散射和熒光猝滅（消除熒光背景）,可以將拉曼信號(hào)提高近1010-15倍，等離子體納米材料的*高靈敏度,、分子特異性以及拉曼光譜的協(xié)同作用使SERS成為一種靈敏,、快速、無(wú)損,、強(qiáng)大的分析技術(shù),。由于其超高靈敏度和選擇性，SERS在表面和界面化學(xué),、催化,、納米技術(shù)、生物學(xué),、生物醫(yī)學(xué),、食品科學(xué)、環(huán)境分析等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,。

基本上,，SERS分析吸附在特制金屬表面上的分子。這種金屬表面應(yīng)具有等離子性能：在金屬與介電材料（如空氣）的界面上,，激光的入射光與金屬的自由電子相互作用,，產(chǎn)生共振相互作用，產(chǎn)生電子的振蕩密度波,，稱為等離子體,。

SERS現(xiàn)象的產(chǎn)生需要滿足以下兩個(gè)條件:

(1) SERS活性基底。通常情況下,，采用具有粗糙結(jié)構(gòu)的Au,、 Ag等貴金屬納米材料或TiO2,、Cu20和MoS2 等半導(dǎo)體材料作為增強(qiáng)基底；

(2) 基底與探針分子間的距離非常小,，一般小于 10 nm,。

SERS增強(qiáng)機(jī)制

自1974年發(fā)現(xiàn)SERS現(xiàn)象以來(lái)，其增強(qiáng)機(jī)制至今還尚未明確統(tǒng)一,，存在不少爭(zhēng)議,。目前，電磁增強(qiáng)機(jī)制（EM）和化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制（CM）是研究者較為認(rèn)可的兩種增強(qiáng)機(jī)制,。其中EM對(duì)整個(gè)SERS增強(qiáng)效應(yīng)起主導(dǎo)作用,，EF增強(qiáng)因子可達(dá)105 - 106倍，而來(lái)自CM的貢獻(xiàn)僅有10 - 103倍,。電磁增強(qiáng)有兩個(gè)方面的貢獻(xiàn)：局部場(chǎng)增強(qiáng)和再輻射增強(qiáng),。電磁增強(qiáng)與分子類型無(wú)關(guān)，而依賴于基底及其粗糙度,?；瘜W(xué)增強(qiáng)機(jī)制也被稱為電荷轉(zhuǎn)移增強(qiáng)機(jī)制，主要源于探針分子與基底間的電荷轉(zhuǎn)移引起分子的電子結(jié)構(gòu)的改變,，促進(jìn)分子極化率的提高,，從而增大拉曼散射信號(hào)。其增強(qiáng)能力取決于分析物自身的電子特性,，通過誘導(dǎo)偶極子使分子的極化率增大,，因此，化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制比電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)制的貢獻(xiàn)小很多,。

SERS的應(yīng)用

單分子檢測(cè)：SERS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)超低濃度溶液和超薄薄膜中的分子檢測(cè),，最近在表面科學(xué)，分析化學(xué),，納米技術(shù)等領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注,。

化學(xué)及工業(yè)：表面增強(qiáng)拉曼光譜是研究電極化學(xué)界面結(jié)構(gòu)、吸附,、反應(yīng)的一種重要譜學(xué)工具,，作為一種靈敏度很高的表征手段，SERS因?yàn)槟苤苯友芯课镔|(zhì)在膠體上的吸附行為而得到廣泛的應(yīng)用,。

生物,、醫(yī)學(xué)體系：SERS作為一種增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，在研究生物分子的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象方面發(fā)揮著重要作用,，大量的研究人員利用SERS解決了生物化學(xué),，生物物理和分子生物學(xué)中的許多問題，包括提供分子的特殊基團(tuán)與界面的相互作用,、生物分子與金屬的鍵合方式等等,?；赟ERS的生物測(cè)定法可以診斷癌癥、心血管疾病和傳染病等,。

納米材料：SERS可以避開本體覆蓋層的干擾,，直接對(duì)聚合物、金屬界面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高靈敏度和專一性的檢測(cè),，找出聚合物分子在金屬表面的去向以及幾何形態(tài),，擴(kuò)展聚合物在金屬防腐中的應(yīng)用，弄清金屬粘接以及集合物在表面的光化學(xué)反應(yīng)等,。

聯(lián)用技術(shù)與傳感器：SERS的高靈敏高分辨率使得它在傳感方面有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)和潛力,。可以作為色譜及流動(dòng)注射分析的檢測(cè)手段,，在進(jìn)行成分分離同時(shí)還可以進(jìn)行各組成分的指紋鑒定,，對(duì)于天然有機(jī)物、違禁藥物等分析有重要意義,。

作者：雷力,，常雪，王揚(yáng)斌
作者單位：四川大學(xué)原子與分子物理研究所

雷力,，四川大學(xué)原子與分子物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師,，主要開展高壓譜學(xué)研究?，F(xiàn)任中文核心期刊《光散射學(xué)報(bào)》常務(wù)副主編、編輯部主任,，《高壓物理學(xué)報(bào)》編委,，中國(guó)物理學(xué)會(huì)光散射專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)高壓化學(xué)專業(yè)委員會(huì)委員,。進(jìn)一步了解可百*/必應(yīng)搜索關(guān)鍵詞：“廣義壓強(qiáng)”,、“熊貓氮”，“高壓耦聯(lián)”,、“高壓樂隊(duì)”,。

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