改性罗丹明-6G分子结构复杂, 保存不当易分解, 为了降低拉曼光谱的荧光背底, 提高拉曼光谱信号稳定性, 本文对激光波长、增强剂比例、稳定时间、光谱采集等参数的影响进行了优化分析, 确定了最优的测试条件激光波长(785 nm)、增强剂比例(V样品∶V增强剂=2∶1)、增强剂和样品混合后放置时间(0.5 h)、采谱条件(采谱时间10 s, 积分次数3次)。在该条件下测试了(100~250 mg/L)浓度标准溶液, 平行试样三个, 以F2峰(2062.5 cm-1)峰面积为响应值, 建立响应值-浓度曲线, 得到了浓度线性方程。此方法线性相关系数为0.968,标准偏差3.85%, 检出限为25 mg/L, 说明该方法可用于改性罗丹明-6G染料浓度的测定。对光照分解的染料定期取样测试其浓度和特征峰变化情况, 结果表明随着光照时间的增加, 染料浓度迅速下降, 同时HF1∶F2峰高比下降, 其中F1峰(935.2 cm-1)与取代基中C-F键相关振动峰, F2峰为氧杂蒽键的振动峰, 说明罗丹明-6G染料日照分解过程中, 主链和支链均发生断裂, 其中C-F键更易断裂。

通过巯基乙酸(TGA)修饰的金纳米颗粒(AuNPs)静电吸附在UiO-66表面制备得到UiO-66/AuNPs的表面增强拉曼(SERS)基底, 研究了基底对不同带电性质的六种有机色素(孔雀石绿、亚甲基蓝、藏红T、柠檬黄、日落黄、刚果红)的SERS响应规律。结果发现, UiO-66/AuNPs对阳离子型孔雀石绿、亚甲基、蓝藏红T染料的增强因子分别为2.12×104、4.46×104、7.20×104, 比阴离子型柠檬黄、日落黄、刚果红染料的增强因子(1.43×102、2.54×102、1.73×102)高2个数量级。因此, UiO-66/AuNPs基底可以通过静电吸附选择性提高对阳离子型色素的检测灵敏度, 是一种有着广阔应用前景的高效SERS传感器材料。

由于光纤长度可控以及其独特的光学性能使得光纤SERS基底的检测灵活简单, 在本研究中, 采用油水分离的实验方法在光纤端面上修饰了银纳米颗粒, 证明了该方法可以制备光纤SERS基底并有效增强拉曼信号。我们将结晶紫溶液作为分析物对制备的SERS光纤基底进行了表征, 并对光纤SERS基底的均匀性、灵敏度和稳定性三个方面进行了研究。在实际应用中, 使用光纤基底对罗丹明6G和农药中间体合成中广泛使用的4-氨基苯硫酚进行了检测。这些实验结果证明了自组装法为光纤SERS基底的制备提供了可行思路。

本文制备得到一种由金银合金纳米颗粒修饰的疏水性纸基表面等离激元增强拉曼光谱衬底, 兼具高密度的纳米颗粒分布和高分子检测灵敏度, 在痕量检测领域具有一定的研究意义。实验上将不同合金比的金银合金纳米颗粒组装到经过疏水处理的滤纸基底上, 以改善衬底的表面等离激元特性。并通过调控沉积循环次数, 制备得到高密度纳米颗粒沉积的疏水纸基衬底。光谱表征结果表明, 所制备衬底能够实现罗丹明6G和结晶紫探针分子的检测极限分别为10-10 M以及10-8 M;衬底对福美双分子的检测极限可达10-7 M。

本文以纳米金为模板, 通过替代化学反应, 合成 Au@AgNPs 核壳纳米粒子, 将其负载在聚(苯乙烯-丁二烯) (SB)电纺纤维膜上, 制得表面增强拉曼散射(SERS) 柔性基底Au@AgNPs/SB。利用紫外-可见光谱 (UV-vis)、透射电子显微镜 (TEM)、扫描电子显微镜 (SEM)和拉曼光谱表征了基底的形貌结构和光谱性能。以罗丹明6G为拉曼分子探针, 将Au@AgNPs/SB基底经常温-升温过程处理后进行光谱实验, 结果表明该基底热耐受性好, 能用于较高温度下前处理样品, 有利于提高检测的灵敏度。以农药福美双作为研究对象, 通过对其进行加热实验, SERS检测限可低至3.65×10-8 mol/L。

本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质, 用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测, 当R6G的浓度稀释到 5×10-11 mol/L时都有很明显的特征峰, 说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究, 发现其增强程度差别不大, 于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测, 发现其检测限度可达5×10-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10-7 mol/L)的最大残留限量, 可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单, 在普通实验室就能完成, 有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。

以均匀有序的聚丙烯腈(PAN)纳米柱阵列薄膜为基材, 结合水热法以及离子溅射方法制备大面积有序的Fe2O3@Ag纳米棒复合结构阵列。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、能谱仪、紫外可见光吸收光谱仪、X射线衍射仪以及拉曼光谱仪对复合材料进行表征。以罗丹明6G(R6G)和4-氨基苯硫酚(4-ATP)为探针分子, 对结构阵列的表面增强拉曼散射(SERS)性能进行研究。结果表明,制备的结构阵列具有较高的SERS活性和信号均匀性, 对R6G和4-ATP可以实现10-10 M和10-9 M低浓度探测。以10-6 M的4-ATP为探针分子, 计算得到基底的SERS信号相对标准偏差(RSD)值为7.5%。所制备的复合结构在SERS检测中具有良好的潜力。

抗生素和磺胺类药物在预防感染, 治疗疾病方面起到巨大作用, 从而被广泛使用。由于这些药物在生物体中无法完全代谢, 随着食物链循环造成环境污染并对人类形成持续危害。近年来对于这些药物的监管逐渐被人们所重视。基于局域表面等离子体共振的表面增强拉曼光谱法(SERS)可以将吸附在粗化的金属表面分子的拉曼信号进行增强, 检测极限可达单分子量级, 因此, SERS相关技术被广泛用于痕量物质检测, 检测极限主要决定于SERS基底的活性。本研究工作采用脱合金方法, 制备出了均匀、孔径可调纳米多孔银基底, 并用于磺胺嘧啶和磺胺醋酰检测, 检测极限达到了0.25 μg/kg和2μg/kg, 远远低于我国农业部规定的磺胺类药物最大残余量100 μg/kg。且拉曼特征峰峰强与药物的浓度表现出良好的线性关系, 检测动态监测范围高达6个量级 。研究所得纳米多孔银可推广用于其他物质检测, 具有潜在的应用价值。

β-Ga2O3是一种宽禁带半导体材料（Eg=4.8 eV）。研究β-Ga2O3在高压（高应力）条件下的相稳定性和晶格动力学特性对其材料应用具有重要的参考价值。目前关于Ga2O3在高压下的晶格动力学特性研究较少，且Ga2O3的β→α的高压相变压力仍然具有争议。本工作采用基于金刚石压砧（DAC）的高压拉曼光谱技术研究了Ga2O3的高压拉曼光谱特性与相变行为。研究发现β→α高压不可逆相变发生在22 GPa。本工作给出了α-Ga2O3和β-Ga2O3各拉曼振动模的压力系数与格林艾森参数，并发现β-Ga2O3的高频和低频拉曼模在压力系数方面存在着较大的非谐特性。

一些具有表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering, SERS）性能的金属氧化物材料近年来被广泛研究，它们具有相较于传统贵金属材料更为优异的信号均匀度、材料稳定性和生物兼容性等。目前金属氧化物SERS的研究瓶颈在于拉曼增强效果一般，需要对其检测灵敏度进行有效提升方可实现日后的广泛应用。因为金属氧化物具有若干种区别于贵金属的材料特征，例如带隙、化学计量比、激子等多个维度的材料特性，所以金属氧化物可以通过调控若干种材料性能以达到协同增强拉曼散射的目的。本文选取氧化铟锡（Indium Tin Oxide, ITO）作为示例来研究重掺杂金属氧化物纳米阵列中的协同增强拉曼散射现象。该体系同时集成了重掺杂半导体材料的SERS性能以及光学干涉腔的特征，协同性地实现了ITO纳米阵列的SERS性能提升。该研究为金属氧化物SERS基底的研究提供了一个很好的案例，在对金属氧化物SERS材料性能进行提升时，需要对金属氧化物中可能产生的干涉现象进行有效利用。