表面增强拉曼
表面增强拉曼光谱
表面增强拉曼光谱引言表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman Spectroscopy，简称SERS）是一种基于表面增强效应的光谱技术，可以提高拉曼光谱的灵敏度和检测限。
在SERS技术中，分子与金属纳米颗粒表面的局域表面等离激元共振耦合，从而大大增强了拉曼信号的强度。
本文将详细介绍SERS技术的原理、应用和未来的发展前景。
原理SERS技术的实质是在金属纳米颗粒的表面，通过局域表面等离激元共振耦合效应，使分子的拉曼散射信号增强。
这种共振耦合通过增加局部电场使分子的拉曼散射截面积因子（scattering cross section）增加，并且由于表面增强效应，分子周围的电场引起其拉曼散射的增加。
这种增强效应与金属纳米颗粒的形状、大小、间距和金属纳米颗粒与分子之间的相互作用有关。
实验方法SERS实验通常使用激光作为光源，经过一个光栅或者光束分离镜，使得激光聚焦到样品表面。
此外，还需使用金属纳米颗粒作为增敏基质。
在实验过程中，样品可以是液体、固体或气体。
SERS光谱测量通常使用拉曼散射光谱仪进行。
与普通的拉曼光谱仪相比，SERS光谱仪需要更高的灵敏度和稳定性。
常用的金属纳米颗粒包括银、金、铜等，具体的选择取决于实验所需的增强效果和波长。
应用SERS技术在许多领域有着广泛的应用，包括化学分析、生物医学、环境监测等。
在化学分析领域，SERS能够提供准确的分子结构信息，可用于表征和鉴定化合物。
对于非常低浓度的物质，SERS技术是一种极其敏感的检测方法。
在生物医学领域，SERS被广泛用于生物分子的检测、肿瘤标记物的检测以及药物递送系统的研究。
由于SERS技术具有高灵敏度和高特异性，可以用于早期癌症诊断和治疗过程中药物的监测。
在环境监测领域，SERS技术可用于检测和监测环境中的微量有毒物质，例如水中的重金属离子或化学污染物。
发展前景虽然SERS技术已经取得了巨大的成功，并在许多领域得到了广泛应用，但仍然存在一些挑战需要克服。
表面增强拉曼的原理及应用
表面增强拉曼的原理及应用1. 概述表面增强拉曼（Surface-enhanced Raman scattering，SERS）是一种非常强大的光谱技术，可用于检测微量物质的存在和分析。
它通过在表面上形成非常小的金属结构，增强了物质的拉曼散射信号，使其变得更容易检测和分析。
本文将介绍表面增强拉曼的原理以及其在多个领域的应用。
2. 原理表面增强拉曼的原理是基于拉曼散射现象以及金属表面等效电荷振荡的效应。
拉曼散射是当光与物质相互作用时，光子会与物质中的分子发生能量交换，导致光的频率和强度的微小改变。
而金属表面的等效电荷振荡则可以产生电场增强效应，使得物质的拉曼散射信号被大幅增强。
3. 实现方式为了实现表面增强拉曼效应，需要在金属表面上形成一些特殊的结构，如纳米颗粒、纳米棒、纳米壳等。
这些结构可以通过多种方法制备，如溶液合成、电化学沉积、光刻和电子束曝光等。
制备出的结构具有高度的吸收和散射能力，可以增强物质的拉曼散射信号。
4. 应用领域表面增强拉曼技术在多个领域有广泛的应用，以下是一些典型的应用领域：4.1 化学分析表面增强拉曼技术在化学分析中有着重要的应用。
由于其高灵敏度和选择性，可以用于检测和分析微量的有机物、无机物和生物分子。
例如，可以用于食品安全领域的农药残留检测、水质监测和环境污染分析等。
4.2 生物医学表面增强拉曼技术在生物医学领域也有着广泛的应用。
可以用于细胞分析、蛋白质标记和药物控释等研究。
此外，还可以通过表面增强拉曼技术进行肿瘤诊断和药物疗效监测。
4.3 环境监测表面增强拉曼技术可用于环境监测和污染物分析。
可以通过监测空气中的微量有害气体、土壤中的重金属离子等，实现对环境污染的快速检测和评估。
4.4 材料科学表面增强拉曼技术在材料科学领域也有广泛的应用。
可以用于研究材料的表面结构和性质，例如薄膜、纳米颗粒和涂层材料等。
可以通过分析拉曼光谱，了解材料的成分、晶格缺陷和界面特性。
5. 未来发展趋势表面增强拉曼技术在过去几十年取得了显著的进展，但仍然存在一些挑战和改进空间。
表面增强拉曼光谱综述
表面增强拉曼光谱综述表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, SERS）是一种强大的分析技术，用于提高拉曼散射的灵敏度。
这种技术自1974年被发现以来，已经成为化学、物理、生物学和材料科学领域的重要工具。
以下是对SERS的一个综述：1. 基本原理●拉曼散射：基于分子振动能级变化的非弹性散射过程，可提供分子结构信息。
●表面增强机制：将样品放置在特殊的金属表面（通常是纳米结构的银或金）上，可以显著增强拉曼信号。
2. 增强机制●电磁机制：最主要的机制，涉及金属纳米结构上的局域表面等离子体共振（LSPR），导致拉曼散射信号的强烈增强。
●化学机制：与样品和金属表面间的化学作用有关，可能导致电子转移，影响拉曼散射的强度。
3. 材料和方法●金属纳米结构：银和金是最常用的材料，但也有使用铜、铂等其他金属。
●制备方法：包括化学还原法、电化学沉积、纳米刻蚀技术等。
4. 应用●化学分析：用于检测极低浓度的化学物质，包括环境污染物、食品添加剂、药物成分等。
●生物医学：在细胞成像、疾病诊断、生物标记物检测等方面的应用。
●材料科学：用于研究纳米材料、催化剂、能源材料等。
5. 发展趋势和挑战●灵敏度和选择性的提高：研究人员致力于提高SERS的灵敏度，以检测更低浓度的样品。
●标准化和可重复性：由于SERS受到许多因素的影响，实验结果的可重复性是一个挑战。
●新材料和新技术：包括二维材料、异质结构的探索等。
6. 未来展望SERS作为一种高度灵敏的分析技术，有望在环境监测、疾病早期诊断、新材料开发等领域发挥更大作用。
随着纳米技术和光谱学的不断发展，SERS技术的应用范围和效率都有望进一步提升。
表面增强拉曼光谱
在生物分子检测中的应用
蛋白质结构分析
表面增强拉曼光谱可以用于蛋白质二级结构的分析，有助于理解 蛋白质的功能和生物学意义。
生物分子相互作用研究
通过观察生物分子间的拉曼光谱变化，可以研究生物分子间的相互 作用和识别，有助于发现新的药物靶点和生物标记物。
生物分子定量分析
表面增强拉曼光谱可以实现生物分子的高灵敏度检测和定量分析， 有助于疾病诊断和治疗监测。
表面增强拉曼光谱
• 介绍 • 表面增强拉曼光谱的实验方法 • 表面增强拉曼光谱在生物医学中的应
用 • 表面增强拉曼光谱在环境科学中的应
用 • 表面增强拉曼光谱的未来发展
01
介绍
什么是表面增强拉曼光谱？
表面增强拉曼光谱（Surface Enhanced Raman Spectroscopy，简称SERS）是一种先进的分子光谱技术，通 过在金属表面上的特定结构或粗糙表面上的金属纳米结构，实 现对拉曼散射的显著增强。
在环境科学领域，它可以用于 污染物和环境毒物的检测和分 析。
02
表面增强拉曼光谱的实验方法
实验设备与材料
01
02
03
拉曼光谱仪
用于检测拉曼散射信号， 通常配备有激光光源和光 谱检测系统。
表面增强剂
如金属纳米颗粒或金属薄 膜，用于增强拉曼散射信 号。
样品
需要进行表面增强拉曼光 谱测定的物质，可以是分 子、纳米材料或生物样品 等。
实验结果分析
信号增强效果评估
通过对比增强前后的拉曼光谱 信号强度，评估表面增强剂的
增强效果。
分子结构分析
根据拉曼光谱的特征峰位置和 峰形，分析待测样品的分子结 构。
分子相互作用研究
通过分析拉曼光谱的变化，研 究分子与表面增强剂之间的相 互作用。
表面增强拉曼光谱的原理与应用
表面增强拉曼光谱的原理与应用概述：表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman Spectroscopy，简称SERS）是一种利用金属纳米结构表面增强共振的拉曼散射信号的方法。
本文将详细介绍SERS的原理和其在化学、生物、材料等领域的应用。
一、SERS的原理SERS的基本原理源于两个关键因素：共振增强效应和电场增强效应。
1. 共振增强效应金属纳米结构的表面存在共振精细结构，当激光与共振精细结构相匹配时，可以实现高度增强的拉曼散射峰。
这种共振增强效应是通过表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，简称SPR）实现的。
2. 电场增强效应金属纳米结构的表面存在极强的电场增强效应。
当分子与金属表面接触时，分子中的电荷会受到金属表面局域电场的强烈影响，从而导致拉曼散射信号的增强。
这种电场增强效应可以极大地提高拉曼散射信号的灵敏度。
二、SERS的应用领域SERS作为一种高灵敏度的分析技术，已经在多个领域得到了广泛应用。
以下是SERS在化学、生物和材料领域的应用。
1. 化学领域SERS可以用于分子结构鉴定、化学反应动力学研究和分子吸附等方面。
通过SERS技术，可以获得很高的分子识别能力，从而在化学反应的机理研究中发挥重要作用。
2. 生物领域SERS广泛应用于生物分子的检测、生物传感和生物成像等方面。
由于SERS技术对生物分子的高灵敏度，可以用于检测低浓度的蛋白质、DNA和药物等生物分子，有助于生物医学研究和临床诊断。
3. 材料领域在材料科学领域，SERS可以用于表面增强光催化、纳米材料的表征和表面等离子体共振等方面的研究。
SERS技术不仅可以提供材料的化学组成信息，还可以揭示材料的结构和光学性质，对材料的表征提供了有力的手段。
三、SERS的发展前景与挑战虽然SERS在分析领域具有广泛的应用前景，但仍然面临着一些挑战。
首先，SERS在实际应用中需要制备高度可重复和稳定的金属纳米结构，这对技术的推广应用提出了要求。
表面增强拉曼散射
04
表面增强拉曼散射的挑战 与前景
当前面临的挑战
信号增强效果有限
尽管表面增强拉曼散射技术已经取得了显著的进展，但目 前仍面临着信号增强效果有限的挑战，需要进一步改进和 优化。
稳定性问题
表面增强拉曼散射的稳定性问题也是当前面临的一个重要 挑战，需要解决不同实验条件下的重复性和可重复性问题。
难以实现大面积均匀增强
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同， 产生拉曼位移。
拉曼散射的强度较低，通常只有入射光的10^-5至10^-9，因此需要高灵敏度的检 测器进行测量。
表面增强效应
表面增强效应是指当光照射在某些特定的 粗糙金属表面时，会在金属表面产生局域 电场，使得散射强度大幅度增加的现象。
程和机理。
表面增强效应机制
03
表面增强拉曼散射技术有助于深入理解表面增强效应的物理机
制。
在其他领域的应用
医学诊断
表面增强拉曼散射技术可用于医学诊断，如癌症细胞的识别和诊 断。
能源领域
表面增强拉曼散射技术在太阳能电池、燃料电池等能源领域有广 泛应用。
光学器件
表面增强拉曼散射技术有助于提高光学器件的性能和稳定性。
表面增强拉曼散射在生物医学、环境监测、食 品安全等领域具有广泛的应用前景，为解决实 际问题提供了有力支持。
对未来研究的建议和展望
进一步深入研究表面增强拉曼 散射的机制和原理，探索更有 效的增强方法和手段，提高检
测灵敏度和分辨率。
拓展表面增强拉曼散射在各个 领域的应用，特别是在生物医 学领域，如疾病诊断、药物研 发和生物分子相互作用等方面
表面增强效应通常发生在波长范围较 窄的光的散射中，使得拉曼散射的信 号增强数个数量级。
SERS(表面增强拉曼散射)理论
SERS 的物理类模型物理类模型致力于阐释金属表面局域场的增强，它的主要代表包括表面电磁增强模型和镜像场模型。
1、表面电磁增强模型（Electromagnetic Enhancemant Model ，简记为EM ）表面电磁增强模型[5~7]又可称为表面等离子体共振模型，它认为一个吸附在金属表面的分子的诱发偶极矩是通过金属椭球由入射场和散射场共同产生的。
对于椭球比光波波长小的情况，在频率与偶极表面等离子体共振时，散射场比入射场大，这可以看作是椭球外部空间的场密度的影响。
因此拉曼散射场会与金属颗粒的强散射场引起的金属颗粒表面的等离子体振荡发生共振，这种共振的结果使振荡分子产生了非常大的能量。
如图2－1所示，把一个可以看成经典电偶极子的分子放在球形金属颗粒外的r ' 处，以频率为ω0的平面波照射，分子偶极子会产生频率为ω的拉曼散射，其偶极矩为：),(),(00ωαωr E r P P •'=' (2-1)这里的α'是分子的拉曼极化率而P E 包括两部分：),(),(),(000ωωωr E r E r E LM i P '+'=' (2-2)其中i E 是入射场的场强，LM E 是用Lorenz-Mie 理论计算获得的散射场场强。
在观察点r 处与拉曼散射相关的电场由下式给出),(),(),(ωωωr E r E r E sc dip R +=(2-3)图2－1 纳米颗粒表面增强散射示意图其中，dip E 是球形颗粒不存在时振荡偶极子P 发射的场，sc E 是由球形颗粒产生的必须满足频率ω的边值问题的散射场。
拉曼散射的强度R I 是远场振幅R E 的平方：2/)ex p(),(lim r ikr r E I R kr R ω ∞→=，增强因子G 定义为0R R I I G =，其中0R I 是在金属球形颗粒不存在时的拉曼强度。
那么在小颗粒的限制下，增强因子可由下式给出：[]230333033303)(3)1/()1/()(3i n n r g a r i r g a g a r i i n n g a i G ⋅+'+'-'+'-⋅+=(2-4) 这里的i 指入射场在r '处的偏振态，也就是()i E r E i 00,='ω，r r n ''=/ ，g和g 0是表达式()()21+-εε在ω和ω0处的值，其中ε是胶体颗粒与周围物质的复合介电函数的比值。
药物分析中的表面增强拉曼光谱技术
药物分析中的表面增强拉曼光谱技术随着科技的不断发展，药物分析领域也得到了很大的提升。
其中，表面增强拉曼光谱技术作为一种重要的分析手段，广泛应用于药物分析研究中。
本文将介绍表面增强拉曼光谱技术的原理和优势，并结合实际案例，阐述其在药物分析领域中的应用。
一、表面增强拉曼光谱技术的原理表面增强拉曼光谱技术（Surface-enhanced Raman Spectroscopy，SERS）基于拉曼光谱原理，并通过表面增强效应对样品进行增强信号的检测。
其原理主要包括两个方面：拉曼散射和表面增强效应。
拉曼散射是指当光穿过样品时，与分子相互作用产生的光散射现象。
每个分子都有一些特征性的振动模式，当光与分子相互作用时，会从光束中散射出新的光，其频率与入射光相同，但能量稍有不同。
这种散射光称为拉曼散射光。
表面增强效应是指当样品与金属表面接触时，由于金属纳米颗粒的存在，表面电子会被激发，产生局域表面等离子共振（Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）。
这种共振会将光线聚焦到金属表面附近的小区域，增强局部电场强度，从而提高拉曼信号的强度。
二、表面增强拉曼光谱技术在药物分析中的应用1. 药物成分分析表面增强拉曼光谱技术在药物成分分析中具有重要意义。
传统的化学分析方法通常需要大量的试剂和设备，时间周期较长。
而利用SERS 技术进行药物成分分析可以在无需提取药物成分的情况下，直接通过样品表面散射的光信号获取相关信息。
这样不仅提高了分析效率，还减少了实验过程中的污染风险。
2. 药物质量控制药物质量控制是确保药品安全有效的重要环节。
表面增强拉曼光谱技术具有高灵敏度和快速性的特点，可以对药物样品进行快速、准确的质量评估。
通过与标准品进行对比，可以确定药物的成分和含量，从而判断药物的质量是否符合规定标准。
3. 药物纯度检测药物纯度与治疗效果密切相关。
传统的纯度检测方法通常使用色谱技术，但存在分离不完全和危害环境等问题。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
表面增强拉曼散射特点
• • • • 1，SERS 能有效的避免溶液相中相同物种的信号干扰 2，能获得高质量的表面分子信号 3，具有极高的灵敏度和表面选择性 4，SERS的增强因子与所选用的增强基底的表面形貌之 间存在密切联系，变化范围很大 • 5，只有经过特殊处理的表面（有一定的亚微观或微观的 粗糙度，几十纳米以内），才能显示SERS效应 • 6，与吸附金属有关，目前发现表面增强效应的金属有金、 银等。
大量的实验结果表明，单纯的物理增强或化学增强不能解释所有 的SERS现象，这两种机理在很多体系中时并存的。
化学增强机理
体系极化率
由于吸附物和金属基底的化学键导致导致非共振增强（ChemicalBonding Enhancement，CB） 增强机理 由于吸附分子和表面吸附原子形成表面络合物而导致的共振增强 （Surface Complexes Enhancement，SC） 激发光对分子-金属体系的光诱导电荷转移的类共振增强（PhotonInduced Charge-Transfer enhancement，PICT）
光诱导电荷转移使得原本分子能态中跃迁允许但是直接跃迁能量不足的跃迁 过程，通过金属能级的辅助作用变为更高几率的过程。体系的极化率得到显 著的增加而得到高的Raman强度。
化学增强模型
化学增强模型认为拉曼散射信号的增强是由于吸附在粗糙金属表面 的分子极化率的改变而引起的。
电荷转移模型：
SERS的增强机制是一种金属和吸附分子之间的电荷共振跃迁。 当分子吸附到金属基体表面时，形成了新的电荷转移激发态 (电荷转移激发态是由金属到分子进行电荷转移或者恰巧相反)，伴 随着新的激发态也形成了新的吸收峰。当用适当频率的激光照射 时，电子在金属和吸附物之间发生了共振跃迁，从而改变了分子 的有效极化率，便产生了SERS效应。
建立新理论模型
建立同时关联光子、分子和金属纳米结构三者之间的复杂的协同作用机理， 同时考虑物理和化学增强机制的统一理论模型。
谢谢
各机理特点
CB增强：由于分子与表面化学吸附形成化学键, 引起分子和金属间的部分电荷
转移，该体系极化率的分子和分母项都没有显著变化, 但是分子的HOMO和 LUMO轨道展宽。 SC增强：在表面上由部分带正电的金属原子组成的原子簇和带部分负电荷的 分子以及电解质阴离子形成表面络合物, 这种络合物作为新的分子体系, 具有不 同的HOMO和LUMO, 在可见光激发下可以达到共振。 PICT增强：不强调表面与分子有很强的化学作用, 主要取决于金属电极的费米 能级和分子HOMO或LUMO的能量差，若该值与激发光能量相匹配, 就会发生 分子到金属或者金属到分子的电荷转移。
• SERS谱峰强度ISERS常具有以下正比关系
I SERS 2 2 E w0 E ws a , ,
2
E w0 为频率为 w0 的表 的表面局域散射光电场强度
ρ和σ分别为分子所处位置的激发光的电场方向Raman散射光的电场方向
• 当表面粗糙度，即金属表面粒子的尺寸与入射波长之间满足d 0 mal / 4 时(式中mal 是电磁波在金属粒子中的波长)，就是当金属粒子的尺寸等 于电磁波在金属中波长的1／4时，电磁波在金属表面的粒子中发生共 振，此时将产生最大效率吸收，从而使局部的电磁场大大的加强，产 生了增强的拉曼散射光。
目前SERS研究机理的缺陷
• 物理增强方面：主要用经典电动力学的方法计算纳米粒子 的血光性质，常常忽略纳米粒子所具有的表面效应、尺寸 效应和量子效应。 • 化学增强方面：涉及分子几何构型、分子极化率和Raman 强度的计算方法都基于电子结构理论的量子化学计算方法。 但该方法很难计算较多原子的纳米金属-分子体系，同时 也很难模拟自由电子的集体性震荡效应。 • 两种完全不同的方法导致将物理增强机理和化学增强机理 分开考虑，使得至今尚未建立一个模型理论解释SERS背 后的物理化学本质。
活位模型：
实验表明不是所有吸附在增强基底表面的分子都能够得到增强， 只有少数位置才能产生SERS信号。活位模型将这些有增强效应的 位置称为“活位”，指出只有那些吸附在基底“活位”上的分子 才能产生较强的SERS效应。
电磁增强模型
当粗糙化的金属基体表面受到入射光照射时，金属表面的等离 子体激发到高的能级，而与光波的电场耦合，并发生共振，使 金属表面的电场强，产生增强的拉曼散射。
Einduced 1 w 2 / 1 w 2 2 Elaser
1 w 为金属介电函数， 2 为相对介电常数
从上式得出金属表面感生电场的增强级数大概为E4
天线共振子模型
• 认为粗糙金属表面的金属颗粒可以看作电磁场中能与光波耦合的天线 振子，既可以发射电磁波，也可以吸收电磁波
表面增强拉曼光谱增强机理
光学工程 孙健刚
拉曼效应
1928 年，印度科学家C.V Raman 首先在CCL4光 谱中发现了当光与分子相互作用后，一部分光的波 长会发生改变（颜色发生变化），通过对于这些颜 色发生变化的散射光的研究，可以得到分子结构的 信息，因此这种效应命名为Raman效应。
拉曼效应
Scattering）
表面增强拉曼散射效应与应用
• 表面增强拉曼散射( SERS) 效应是指在特殊制备的一些金 属良导体表面或溶胶中,在激发区域内,由于样品表面或近 表面的电磁场的增强导致吸附分子的拉曼散射信号比普 通拉曼散射(NRS) 信号大大增强的现象。 • 表面增强拉曼克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点, 可以获得 常规拉曼光谱所不易得到的结构信息, 被广泛用于表面研 究、吸附界面表面状态研究、生物大小分子的界面取向 及构型、构象研究、结构分析等, 可以有效分析化合物在 界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等。 • 近年来，SERS被广泛地应用于表面吸附、电化学和催化 反应、化学和生物传感器、生物医学检测及痕量检测与 分析等领域
表面等离子体模型 电磁增强模型
天线共振子模型
镜像场模型
表面等离子体模型
• 表面等离子模型基于金属表面等离子体共振现象，认为粗 糙的金属表面受到光照射时，金属表面的等离子能被激发 到高的能级，而与光波的电场耦合，并发生共振，使金属 表面的电场增强，从而使拉曼散射增强。 • 金属表面感生电场与外加电场关系
拉曼光谱的信息
拉曼频率的确认 物质的组成
拉曼谱线的数目、拉曼位移、 和谱线强度等参量提供了被 散射分子及晶体结构的有关 信息，能够揭示原子的空间 排列和相互作用。
拉曼峰位的变化
物质的张力/应力
拉曼偏振
晶体对称性和取向
拉曼峰宽
晶体质量
拉曼峰强度
物质总量
普通拉曼光谱的缺点
1，拉曼散射面积仅为10-30cm2/分子 2，拉曼散射强度容易受光学系统参数等因素的影响
SERS增强机理
• 目前普遍被人认同的有电磁场增强机理(表面电磁场增强) 和化学增强机理(分子极化率增大)两种，而且两者在总的 SERS中的贡献针对不同的体系有所不同。
• 电磁场增强机理：主要考虑金属表面局域电场的增强
• 化学增强机理：主要考虑金属与分子间的化学作用所导致 的极化率改变
SERS增强机理
• 该模型很好解释了入射光及衬底的选择性。
镜像场模型
• 金属SERS基底表面是一种容易极化的自由电子气金属构成的，吸附 在金属表面的分子可以看作一个偶极子，在其作用下金属中也感生出 同样的一个偶极子，这对偶极子之间的互相激励，相互加强，使得吸 附分子附近的金属表面局部电场加强。
• 该模型很好解释了银衬底比其他金属容易出现SERS效应，且有较高 的增强因子。银是很好的自由电子气金属。
SERS理论研究的复杂性
• 与SERS实验和应用所取得的进展相比, SERS理论的研究 一直相对滞后, 这主要是因为具有SERS效应的体系非常复 杂。
• 体系复杂原因：
体系表面形貌和表面电子结构, 光和粗糙表面的相 互作用, 光和分子的相互作用, 分子在表面的取向、成 键作用以及分子和表面的周边环境, 入射光的强度、频 率、偏振度和偏振方向对SERS谱图的影响均比较复杂。 体系的复杂性导致人们对SERS效应认知的多样性
3，荧光现象对傅里叶变换拉曼光谱分析存有干扰
4，在进行傅里叶变换光谱分析时，常出现曲线的非线 性的问题
5，不同物质的引入会对被测体系带来某种程度的污染， 对分析结果产生一定的影响
表面增强拉曼光谱(SERS)
表面增强拉曼光谱的发现
1974年，Fleischmann等人对光滑的银电极表面进行 粗糙化处理后，首次获得吸附在银电极表面上的单层吡 啶分子高质量的拉曼光谱。 而后，Van Duyne 和Creighton等人通过系统的实验 和计算发现吸附在粗糙银表面上的每个吡啶分子的拉曼 散射信号比溶液中的吡啶分子的拉曼散射信号增强约6 个数量级。这种与银、金、铜等粗糙表面相关的表面增 强效应称为表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman
光诱导的电荷转移（PICT）
PICT主要有4步电荷转移过程，下面以金属向分子的电荷转移为例
处于金属Feimi能级附近的电子被激发到高能级，在Feimi能级以下产生空 穴。即在你金属一侧形成了电子-空穴对 吸收了光子能量的电子转移到吸附分子的电子亲和能级 电子经过短时间弛豫后，迁移回到金属，此时吸附分子处于振动激发态 返回的电子与金属内部的空穴复合并辐射出1个Raman光子
拉曼散射
发生非弹性碰撞， 动量和能量均发生 改变
瑞利散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，大部分光子 只是改变方向发生散射，而光的频率仍与激发光的频率相同。 拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心的分子相互作用时，不仅改变了 光的传播方向，而且散射光的频率也改变了，不同于激发光的频 率，占总散射光强度10-10～10-6的散射。
a
,
fi
是某始态5i〉经中间态5r〉到终态5f〉的极化率张量