噻菌灵分子的表面增强拉曼光谱的理论研究

表面增强拉曼散射(SERS)是指当分子靠近或者吸附于基底表面时,分子的拉曼散射信号会显著增强的现象。SERS克服了常规拉曼散射信号强度比较弱的缺点,被广泛地应用在环境检测、催化化学、有机化学和生命科学等领域。本文利用密度泛函理论计算方法对农残噻菌灵分子的SERS光谱进行模拟,并探讨SERS增强机理。系统研究了噻菌灵在金团簇的吸附行为和SERS增强效应,得到金团簇在噻菌灵分子上的最佳吸附位置。利用五种吸附结构(噻菌灵-Au n,n=1-5)对噻菌灵与金团簇的相互作用进行了理论研究,研究表明噻菌灵-Au 4最稳定。结合拉曼光谱和理论计算的结果,借助高斯软件的图形化功能,对噻菌灵分子的振动模式、普通拉曼光谱和SERS光谱进行了系统的指认。     

植酸在氧化银溶胶中的表面增强拉曼光谱

报道了植酸分子吸附在氧化银溶胶表面获得的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。通过ab-initio/STO-3量子化学计算结果归属了植酸分子的振动模,并根据SERS光谱推测植酸分子是通过六个磷酸酯键中的四个与氧化银胶粒表面产生吸附作用。     

茶叶表面增强拉曼光谱的初步研究

以铁观音为例,测试其表面增强拉曼(SERS)光谱,并从增强能力、背景噪声、光谱重复性和信噪比等方面,研究探讨铁观音茶叶SERS光谱测试时活性基底选择;不同吸附时间对光谱测试的影响。结果表明：以柠檬酸三钠还原硝酸银制得的银溶胶为活性基底的增强效果更好,吸附时间对于铁观音茶叶SERS光谱的测试没有直观的影响。SERS光谱的茶叶研究方法有可能为茶叶的判别和质量鉴定提供一种新的方法。     

结晶紫在银溶胶表面SERS增强因子的计算

通过硝酸银和柠檬酸钠的还原反应制备了纳米银溶胶,利用UV-Vis吸收光谱,ξ电势,透射电镜(TEM)对制备的银溶胶进行了表征.以结晶紫分子作为探针,研究了结晶紫在银溶胶粒子表面吸附的特点,并利用结晶紫的吸附等温线计算出表面增强拉曼(SERS)增强因子.实验结果表明在不加聚沉剂的条件下,银溶胶仍然具有较高的SERS活性.     

苯甲酸的羟基取代物在银纳米颗粒表面的吸附行为的研究

分别以覆银滤纸和银胶溶液中的银纳米颗粒为基底,对苯甲酸的三种羟基取代物(n-HBA,n=P,M,O)进行了表面增强拉曼散射(SERS),发现PHBA分子在覆银滤纸上的SERS光谱和银胶中的SERS光谱明显不同,而MHBA分子和OHBA分子在两种基底上的SERS光谱却很相近。分析表明这些变化都来源于分子在银纳米颗粒表面吸附行为的变化,基底的表面特性和分子的表面构型对分子在基底表面的吸附行为会产生很大的影响。     

维生素K3的表面增强拉曼光谱研究

首次报道了维生素K3 (VK3 )分子的常规拉曼光谱 (NRS)及该分子在活性衬底银镜上的表面增强拉曼散射 (SERS) ,并对它的拉曼特征谱带进行了初步的指认和归属。通过对比VK3 的常规拉曼光谱和SERS谱 ,发现VK3 分子吸附在银表面后拉曼散射强度被大大增强了。另外 ,VK3 的羰基与银粒子发生电荷转移后形成负离子自由基 ,碳氧双键打开。受VK3 分子吸附在银镜表面的影响 ,萘环结构发生了很大的扰动 ,导致一些拉曼特征峰产生位移 ,环变形振动对应的拉曼散射强度得到了增强。这些研究结果为SERS技术今后对VK3进行药物检测以及痕量分析方面的应用提供了依据。     

基于密度泛函的伪麻黄碱拉曼光谱性质研究

研究伪麻黄碱的拉曼光谱和吸附在纳米银基底上的表面增强拉曼光谱(SERS),利用密度泛函理论B3LYP/6-311G++(d, p)方法对伪麻黄碱分子进行了计算,得到了分子构型信息和理论拉曼光谱,用Gaussview软件对分子振动模式进行了全面的归属,在伪麻黄碱的表面增强拉曼光谱中,采用了自组装方法获得了团簇银纳米表面增强基底,实现了很好的增强效应.实验结果表明：伪麻黄碱的拉曼光谱计算结果和实验结果基本一致,理论计算为伪麻黄碱分子振动峰位的归属提供了重要的依据,伪麻黄碱分子与银纳米表面化学吸附,苯环垂直于纳米基底表面,研究结果为伪麻黄碱的拉曼光谱检验分析提供了理论依据,也为苯丙胺类毒品的光谱分析研究提供了参考.     

对炔基苯硫酚在银纳米粒子上的SERS光谱理论研究

对炔基苯硫酚分子吸附在银纳米粒子上表现出较强的表面增强拉曼光谱(SERS)信号。本文采用密度泛函理论(DFT)对炔基在银纳米粒子上不同吸附方式以及振动光谱进行了计算分析。研究结果表明,当炔基与金属之间有相互作用时,C≡C键伸缩振动的频率红移,拉曼强度显著增强。同时也从分子与金属作用角度初步探讨了实验所观测谱线宽度增宽的现象。此外,通过含时密度泛函理论(TD-DFT)进一步研究了吸附分子与金属之间的电荷转移性质,并分析了其预共振拉曼光谱。该工作初步建立了在银表面上炔键的吸附构型与SERS光谱之间的关系。     

胆红素络合物的表面增强拉曼光谱研究

本文通过对近红外激发傅里叶变换拉曼光谱(NIR-FT-Raman)与表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)技术的联用,测得胆红素及其络合物Na2BR,CaBR与CuBR在银溶胶中的SERS光谱.结果表明,这一类与胆结石密切相关的生物分子络合物具有不同的配位方式,且在银胶表面采取不同的吸附取向,并从配位化学角度初步解释了黑色结石的黑色成因.     

苯丙氨酸银溶胶表面增强拉曼光谱的研究

研究了银溶胶与L-苯丙氨酸溶液体系的表面增强拉曼光谱(SERS),增强效果明显,L-苯丙氨酸在银溶胶中的SERS光谱与苯丙氨酸固体常规拉曼光谱相比,主要峰位置基本一致,但某些峰发生了频移,相对强度也发生了一定变化。探讨了三种不同的激发光源对SERS光谱强度的影响。用不同光源测定,其SERS光谱图中各峰位置基本不变,但峰强度有明显变化。在实际工作中应根据需要选择合适的光源,一般情况下以514.42 nm为佳。不同浓度的苯丙氨酸在银溶胶中产生的表面增强拉曼光谱有明显的差别,浓度太大或太小都不利于SERS光谱的产生,溶液浓度在1×10-3mol·L-1时SERS最强,增强效果最好。体系的pH对增强效应亦有较大的影响,在pH为8时增强效应最强,这是pH对银溶胶的凝聚状态和苯丙氨酸分子存在状态综合影响的结果。     

Surface-enhanced Raman scattering and DFT theoretical studies on the adsorption behavior of plumbagin on silver nanoparticles

The comparative study of normal Raman spectrum with the SERS along with the DFT calculations predicts the adsorption geometry of plumbagin on silver surface. The surface geometry of plumbagin molecule was studied by analysis of the SERS spectra adsorbed on silver colloid surfaces. The large enhancement of inplane ring stretching and C-H in-plane bending modes in the surface-enhanced Raman scattering spectrum indicates that the molecule is adsorbed on the silver surface in a stand-on orientation of PLBN on a silver surface.     

Surface-enhanced Raman scattering of methyl <Emphasis Type="Italic">p</Emphasis>-hydroxy benzoate: A molecular orientational study

The surface geometry of a methyl p-hydroxy benzoate (MPHB) molecule was studied by analysis of the SERS spectra adsorbed on silver colloid surfaces. For a reliable analysis of the SERS spectrum, we also performed density functional theoretical calculations. The large enhancement of the in-plane ring-stretching and ring-stretching modes in the surface-enhanced Raman scattering spectrum indicates that the molecule is adsorbed on the silver surface in a stand on orientation of MPHB on a silver surface.     

Fluorescence and surface-enhanced vibrational spectroscopies of lawsone and plumbagin

The natural dyes lawsone and plumbagin (1,4-naphthoquinones) were studied by using fluorescence, Raman, infrared (IR), surface-enhanced Raman scattering (SERS), and surface-enhanced IR absorption. From the absorption spectrum, it was possible to infer that the enol-lawsone tautomer concentration decreases in silver colloidal solution. Plumbagin dimers, both in water and in silver colloidal solution, were identified from the fluorescence band profile and surface-SERS spectrum. The SERS spectrum of lawsone was obtained by using silver colloidal solution after 12-hour settle; the keto and enol lawsone silver colloid interaction occurs. The assignment of Raman and IR bands of both dyes was calculated with density functional theory calculations. Only a monomeric structure of lawsone interacting with a silver cluster model was predicted. The monomer adopts a nearly coplanar orientation onto the silver surface; the shortest distance is 3.2 Å, suggesting an electrostatic interaction.     

IR absorption and surface-enhanced Raman spectra of the isoquinoline alkaloid berberine

We present the IR absorption and surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectra of the isoquinoline alkaloid berberine adsorbed on a silver hydrosol and on the surface of a silver electrode for different potentials. Based on quantum chemical calculations, for the first time we have assigned the vibrations in the berberine molecule according to vibrational mode. The effect of the potential of the silver electrode on the geometry of sorption of the molecule on the surface is considered, assuming a short-range mechanism for enhancement of Raman scattering. __________ Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 74, No. 1, pp. 31–36, January–February, 2007.     

基于表面增强拉曼光谱及密度泛函理论的农药毒死蜱检测研究

毒死蜱作为一种广谱高效有机磷杀虫剂,在农业等领域被广泛使用。但是,环境毒理学研究发现,毒死蜱可直接施于土壤中,与土壤颗粒牢固结合,几乎不会迁移或挥发,而且水溶性低,容易造成药物残留,影响着农副产品食用的安全性,对生态环境具有潜在的危险性,许多国家对毒死蜱在农产品中的残留量有严格的规定。因此,检测毒死蜱残留的生态风险问题是当务之急。表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有快捷、高效、灵敏度高等优势,已经成为光谱检测领域的热点研究技术;密度泛函理论被广泛用于分子结构与性质的理论模拟计算及光谱分析。基于表面增强拉曼光谱和密度泛函理论对杀虫剂毒死蜱的拉曼和表面增强拉曼光谱进行理论研究。首先,利用GaussView5.0对毒死蜱分子及加入银团簇基底的分子结构进行构型。其次,对毒死蜱分子采用6-31G基组,并基于密度泛函理论进行结构优化,利用Gaussian09模拟计算出其拉曼及表面增强拉曼光谱,并确定拉曼光谱和SERS光谱峰值归属。最后,从频移量角度分析银团簇Ag₂和Ag₃对毒死蜱拉曼光谱的增强效应,并进行频移量大小对比。研究发现,在两种尺寸银团簇作用下,拉曼光谱在326,463,741,781,1 068,1 294,1 435和1 602 cm-1波数处的特征峰强度均有明显的增强,且随着银团簇结构尺寸增大,拉曼信号增强效果更为明显;在不同银团簇增强作用下,一些特征峰发生偏移,其频移量与银团簇结构相关联,在Ag₂和Ag₃银团簇增强下,表面增强拉曼光谱在463,741～781 cm-1波数处均产生了较大的频移,其余特征峰波数处频移量较小,均在20 cm-1以下,毒死蜱分子分别与Ag₂和Ag₃入侵后的表面增强拉曼光谱进行对比,频移方向有很好的一致性。该研究结果为表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测领域的应用提供了理论依据。     

莽草酸FTIR，FT-Raman光谱及SERS研究

报道了莽草酸的FTIR,固态及饱和液态的FT-Raman光谱, 归属并分析了莽草酸分子内各基团的振动峰位及其相应基团在两种振动光谱中的振动峰位变化规律。利用表面增强拉曼散射(SERS)光谱及表面吸附选择定律研究了莽草酸在以银粒子为活性基底表面的吸附状态及其不同浓度变化对其SERS的影响,探讨了莽草酸在银粒子表面的吸附机理和规律。实验结果表明,红外与拉曼光谱结合较为全面地解析了莽草酸的分子结构中各基团的振动情况;获得了莽草酸在银粒子表面的最佳SERS效应的浓度范围, 莽草酸浓度小于1×10-3 mol·L-1时, 其SERS明显趋好;根据SERS作用机制,莽草酸的分子在银粒子表面的吸附主要是通过其羟基、羧基的电荷转移机制及其亚甲基、次甲基的电磁作用机制共同作用;其环内双键没有明显SERS表明其未能在银粒子表面产生有效吸附理。     

L-天冬氨酸在银胶体中吸附状态的表面增强拉曼光谱研究

利用表面增强拉曼光谱 (Surface EnhancedRamanScattering,SERS)研究了L 天冬氨酸在银溶胶体中的吸附状态及其浓度变化对表面增强拉曼散射效应的影响 ,并探讨了L 天冬氨酸在银溶胶表面的吸附作用特点和规律。实验结果表明 ,L 天冬氨酸在银溶胶中有明显的SERS信号 ,经过分析表明 ,该化合物能够吸附在银表面 ,这种吸附是通过羧基和氨基中的氮原子与银结合来实现的 ,L 天冬氨酸分子中带有负电荷的羧基和氨基中带有孤对电子的氮原子都能与银原子配位 ,其中羧基在银表面的增强为电荷转移机制增强 ,具有化学吸附的特征 ;氨基在银表面的增强为电磁场增强机制 ,为物理吸附。而且SERS强度随着L 天冬氨酸浓度的变化而改变 ,当其浓度为 10 - 3mol·L- 1 时增强效果较好 ,当浓度降低 ,增强作用也逐步变弱     

A STUDY ON SURFACE-ENHANCED HYPER-RAMAN SCATTERING OF BASIC FUCHSIN ADSORBED ON THE SILVER COLLOID

This paper presents the surface-enhanced hyper-Raman scattering (SEHRS) effect of basic fuchsin (BF) adsorbed on the silver colloid. On the basis of the absorption spectra, a new absorption band at 1000nm has been observed in the case of BF adsorption on the silver colloid, The result indicates that surface electromagnetic enhancement also appears at the incident photon frequency in the near-IR region, which plays an important role in the SEHRS signals. The electromagnetic enhancement factor (2.0×l0⁴) is estimated by using electromagnetic model. Additionally, surface-enhanced second-harmonic generation (SHG) effect in the cases of pure silver colloid, silver colloid plus adsorbed molecule and KCl solution has been detected.     

Raman of indigo on a silver surface. Raman and theoretical characterization of indigo deposited on silicon dioxide-coated and uncoated silver nanoparticles

Raman, surface-enhanced Raman scattering, and shell isolated nanoparticles-enhanced Raman scattering techniques were used to study the indigo–nanoparticle interaction nature. Silver nanoparticles were employed with and without a silicon dioxide spacer inert layer. The SERS spectral profile, obtained using silver nanoparticles, is different from the Raman one, which led to the proposition that the indigo–silver interaction is in the range of intermolecular interactions. SERS spectral reproducibility suggests identical organization and orientation of the analyte on the metal surface. The shell isolated nanoparticles enhanced Raman scattering spectrum of indigo, obtained by using silicon dioxide coated silver nanoparticles resulted similar to its Raman spectrum. This result indicates that the indigo structure is chemically unmodified by the silicon dioxide-coated silver surface. From the shell-isolated nanoparticles-enhanced Raman scattering experiments, the electromagnetic mechanism is proposed as the reason for the spectral enhancement. Theoretical calculations allow one to infer both the indigo–silver surface interaction nature and the orientation of indigo on the surface.     

咖啡酸分子表面增强拉曼光谱的理论与实验研究

咖啡酸（CA）是一种具有很高的医学价值的药物成分,在抗菌抗病毒方面应用广泛,尤其是咖啡酸及其衍生物在抗肿瘤方面有着巨大作用,现在对咖啡酸的相关研究越来越多,但大部分都是关于咖啡酸医学性质的研究,所以对咖啡酸分子的微观结构研究是非常有必要的。目前关于CA在Ag表面上的表面增强拉曼散射（SERS）光谱的理论与实验结合的研究尚未见报道,而对其振动光谱及表面增强机理的研究可以为咖啡酸的各种药学机理的研究提供一种科学的物理解释,所以有必要将密度泛函理论（DFT）方法与表面增强拉曼散射技术相结合,对咖啡酸在Ag纳米颗粒上的吸附性质及表面增强机理进行全面的研究,这对推进它们在医药学等领域的相关研究有着重要的参考价值。采用SERS与DFT技术对CA分子在Ag纳米颗粒表面上的表面增强拉曼光谱进行了研究。在实验方面,利用热还原反应原理,使用柠檬酸三钠和硝酸银在加热搅拌情况下制备Ag纳米颗粒,并使用激光共聚焦显微拉曼光谱仪测量了CA分子的常规拉曼散射（NRS）光谱及其表面增强拉曼散射（SERS）光谱。在理论计算方面,采用DFT的B3LYP方法,以6-31+G**和LANL2DZ分别作为C,H,O和Ag的计算基组来优化咖啡酸的分子构型,羟基与Ag₄的吸附构型,羧基与Ag₄的吸附构型,羟基与羧基共同与Ag₄吸附的构型,并以此为基础分析计算了CA分子的NRS光谱以及三种可能吸附模型的SERS光谱,并结合实验结果进行比较。同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。根据实验数据和理论结果分析,在452 cm-1处的谱峰归属为环面外弯曲振动和O-H面外弯曲振动的耦合,这说明CA分子上的酚羟基是与Ag纳米颗粒表面作用的,不过相互作用较弱,推测CA分子平面可能与Ag基底表面不垂直;出现在1 338 cm-1处的谱峰归属于COO-伸缩振动,则可以说明CA分子上的羧基可能与Ag纳米颗粒垂直吸附。结果表明,CA分子是以羧基和酚羟基为吸附位吸附在Ag纳米颗粒表面上的。同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。该工作对推进咖啡酸在生物医药等领域进一步的应用将起到重要作用。