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用于表面增强拉曼光谱分析的金属纳米粒子基底的制备与应用

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目录

摘要

第一章 绪论

1.1 拉曼光谱简介

1.2 表面增强拉曼散射光谱

1.2.1 表面增强拉曼散射(SERS)效应的发现

1.2.2 SERS效应的增强机理

1.2.3 SERS的应用前景

1.3 金属纳米粒子基本效应

1.3.1 金属纳米材料简介

1.3.2 金属纳米粒子的制备

1.4 金属纳米粒子的表征

1.4.1 纳米粒子大小的表征

1.4.2 金属机体粗糙化的方法

1.4.3 壳层隔绝金属纳米粒子增强拉曼光谱

1.5 本论文研究内容及研究意义

1.5.1 本论文的研究内容

1.5.2 本论文的研究意义

第二章 二氧化硅惰性壳层包覆的金纳米粒子基底的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂及材料

2.2.2 实验仪器以及参数

2.2.3 核壳结构的金纳米粒子基底的制备

2.2.3 Au/ITO基底的电化学表征

2.2.4 Au@SiO2结构包覆完整性表征

2.2.5 Au@SiO2基底循环使用性

2.3 结果与讨论

2.3.1 Au@SiO2基底的制备

2.3.2 Au/ITO基底在电化学沉积前后的UV-Vis光谱表征

2.3.3 计时电流的计时时间选择

2.3.4 基底合成阶段的SEM电镜表征

2.3.5 在均匀排列的金纳米粒子基底上的二氧化硅的包覆

2.3.6 Au@SiO2 SHINERS壳层包覆完整性的电化学表征

2.3.7 计时电流前后Au/ITO的XRD表征

2.3.8 Au@SiO2的SHINERS基底的循环使用性的研究

2.4 结论

第三章 西维因农药在金纳米有序阵列上的拉曼检测以及理论计算

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与材料

3.2.2 实验仪器

3.2.3 Au纳米粒子的制备

3.2.4 Au NPs沉积前准备

3.2.5 Au纳米粒子在ITO上的自组装

3.2.6 被测样品的准备

3.2.7 理论计算

3.3 结果与讨论

3.3.1 西维因(Carbaryl)分子拉曼光谱理论计算分析与研究

3.3.3 分析Carbaryl分子于金纳米粒子基底的相互作用

3.3.4 表面增强拉曼光谱分析苹果中的西维因

3.4.结论

第四章 海胆状的金-银合金纳米粒子的制备与展望

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料

4.2.2 实验仪器

4.2.3 海胆状金纳米粒子制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 海胆状纳米粒子结构表征

4.3.2 海胆状金纳米粒子的FE-SEM表征

4.3.3 银纳米种子对合成海胆状纳米粒子的影响

4.3.3 海胆状纳米粒子的XRD表征

4.3.4 海胆状金纳米粒子的SERS增强作用

4.4 结论与展望

参考文献

攻读学位期间研究成果

致谢

声明

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摘要

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)光谱凭借其操作简便、检测速度快、准确率较高、低损耗等优势,作为一个强有力的分析手段被广泛应用于确定分子结构和描述分子间相互作用以及检测各种分子等领域。随着SERS光谱技术最近不断地发展,提高了SERS检测的灵敏度和应用领域,SERS光谱技术在化学,生物化学与生理学等领域发挥着越来越重要的作用。然而如何获得一个拉曼信号增强明显,且易得,信号重现性好的SERS基底一直是现如今拉曼光谱界一个受关注的研究领域。将所制备的基底应用于实际分析,比如在农药残留检测方面已有了许多的工作,这让农药检测原来复杂的流程得以简化,达到了快速检测的目的。
  本论文以结构与尺寸均匀的纳米粒子制备为基础,制备出具有独特光学特性的金银纳米粒子作为SERS光谱基底,进行了实际应用方面的探索研究。具体实验内容包括:
  (1)本论文通过自组装方法跟电化学计时电流方法相结合,以ITO导电玻璃为载体制备了金纳米粒子阵列。再对金纳米粒子阵列进行惰性的二氧化硅壳层包覆,利用椭圆偏振光谱仪对包覆过程进行了检测,在保证壳层无针孔的前提下使壳层厚度最小,利用电化学方法验证了包覆壳层的完整性,确保二氧化硅壳层包覆的金纳米粒子阵列结构和光学性质的稳定性。
  (2)利用所合成的金纳米粒子阵列进行食品中农药残留的检测分析研究。实验研究显示了此基底的灵敏性与适用性。实验表明农药西维因在此基底上的检测限约0.05ppm左右,具有较高的灵敏度。SERS谱峰的强度与农药浓度间的线性相关系数为0.988。同时,对被测农药的分子光谱进行了DFT理论计算与分析。
  (3)具有特殊形貌的金属纳米粒子由于其具有的独特光学性质引起了人们的广泛关注。本文以银纳米粒子为种子,采用左旋多巴还原氯金酸盐,合成了具有特殊形貌的海胆状的金纳米粒子。制备过程中着重考察了还原剂用量的影响。采用紫外可见光谱、电子显微镜以及XRD等方法对其进行了表征。尝试将所制备的基底用于农药检测分析。

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