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SERS現象

由于拉曼信號本質上很弱且常常受到其它信號的干擾和削弱，科學家們不斷探索使拉曼信號更強和更容易檢測的方法。表面增強拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering，簡稱SERS）就是其中一種，它利用了具有等離子體性質的納米結構的光學特性，使得位于等離子體金屬納米結構附近的目標分子的拉曼信號顯著增強。SERS技術提高了拉曼光譜的靈敏度，通過增強拉曼散射和熒光猝滅（消除熒光背景）,可以將拉曼信號提高近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同作用使SERS成為一種靈敏、快速、無損、強大的分析技術。由于其超高靈敏度和選擇性，SERS在表面和界面化學、催化、納米技術、生物學、生物醫學、食品科學、環境分析等領域有著廣泛的應用。

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，產生共振相互作用，產生電子的振蕩密度波，稱為等離子體。

SERS現象的產生需要滿足以下兩個條件:

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

(2) 基底與探針分子間的距離非常小，一般小于 10 nm。

SERS增強機制

自1974年發現SERS現象以來，其增強機制至今還尚未明確統一，存在不少爭議。目前，電磁增強機制（EM）和化學增強機制（CM）是研究者較為認可的兩種增強機制。其中EM對整個SERS增強效應起主導作用，EF增強因子可達105 - 106倍，而來自CM的貢獻僅有10 - 103倍。電磁增強有兩個方面的貢獻：局部場增強和再輻射增強。電磁增強與分子類型無關，而依賴于基底及其粗糙度。化學增強機制也被稱為電荷轉移增強機制，主要源于探針分子與基底間的電荷轉移引起分子的電子結構的改變，促進分子極化率的提高，從而增大拉曼散射信號。其增強能力取決于分析物自身的電子特性，通過誘導偶極子使分子的極化率增大，因此，化學增強機制比電磁場增強機制的貢獻小很多。

SERS的應用

單分子檢測：SERS技術可以實現超低濃度溶液和超薄薄膜中的分子檢測，最近在表面科學，分析化學，納米技術等領域引起廣泛關注。

化學及工業：表面增強拉曼光譜是研究電極化學界面結構、吸附、反應的一種重要譜學工具，作為一種靈敏度很高的表征手段，SERS因為能直接研究物質在膠體上的吸附行為而得到廣泛的應用。

生物、醫學體系：SERS作為一種增強拉曼光譜技術，在研究生物分子的結構和構象方面發揮著重要作用，大量的研究人員利用SERS解決了生物化學，生物物理和分子生物學中的許多問題，包括提供分子的特殊基團與界面的相互作用、生物分子與金屬的鍵合方式等等。基于SERS的生物測定法可以診斷癌癥、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，直接對聚合物、金屬界面的結構進行高靈敏度和專一性的檢測，找出聚合物分子在金屬表面的去向以及幾何形態，擴展聚合物在金屬防腐中的應用，弄清金屬粘接以及集合物在表面的光化學反應等。

聯用技術與傳感器：SERS的高靈敏高分辨率使得它在傳感方面有強大優勢和潛力。可以作為色譜及流動注射分析的檢測手段，在進行成分分離同時還可以進行各組成分的指紋鑒定，對于天然有機物、違禁藥物等分析有重要意義。

作者：雷力，常雪，王揚斌
作者單位：四川大學原子與分子物理研究所

雷力，四川大學原子與分子物理研究所研究員，博士生導師，主要開展高壓譜學研究。現任中文核心期刊《光散射學報》常務副主編、編輯部主任，《高壓物理學報》編委，中國物理學會光散射專業委員會委員，中國化學學會高壓化學專業委員會委員。進一步了解可百*/必應搜索關鍵詞：“廣義壓強”、“熊貓氮”，“高壓耦聯”、“高壓樂隊”。

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