[发明专利]一种增强SERS信号的定量分析方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种增强SERS信号的定量分析方法，及其在痕量物质定量分析中的应用，属于分析测试领域。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS，Surface Enhancement of Raman Scattering)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信号大大增强的现象。目前在学术界普遍认同的SERS机理分为两类：电磁效应和化学效应。电磁效应是由于金属表面与激发光的相互作用使分析物电场强度增大的结果。表面等离子体共振引起的局部电磁场增强被认为是最主要的贡献，表面等离子体是金属中的自由电子在光电场下发生集体性的振荡效应。化学效应是由于分析物与金属波函数重叠而发生。当分子化学吸附于基底表面时，表面、表面吸附原子和其它共吸附物种等都可能与分子有一定的化学作用，这些因素对分子的电子密度分布有直接的影响，即对体系极化率的变化影响其拉曼强度[Journal of Chemical Physics Letters,1974,26(2):163-166；Advanced Functional Materials,2013,23(35):4332-4338]。不论考虑哪种增强机制，为了得到大的增强，金属表面必须具有合适的粗糙程度。目前表面增强拉曼光谱在体外的检测分析主要有两种方法：干法和湿法。干法SERS检测[Analytical Chemistry,1995,67(4):735-743；Langmuir,2002,18(18):6839-6844；Analyst,2013,138(4):1020-1025；RSC Advances,2014,4(25):12995-13000]是将待测样本溶液滴加在沉积了金或银纳米颗粒的SERS基底上，蒸发掉溶剂后，直接将激光光束聚焦到有目标分析物的区域，从而获得其表面增强拉曼光谱。该方法的SERS增强基底一般具有良好的重现性，并且使用比较方便，适合于大批量样本的分析检测。然而，在检测过程中，激光光束会产生局部加热问题，干法中激光光束是直接照射在目标分析物上的，如果激光功率过高，样品很有可能会被烧毁或变性，因而干法SERS检测一般使用相对较低的激光功率，这势必就会降低对待测物质的检测灵敏度。湿法SERS检测[Langmuir,2013,29(6):1908-1919；Chemical Communications,2013,49(1):30-32；Chemical Communications,2014,50(9):1058-1060；Journal of Materials Chemistry C,2014,2(35):7326-7335]是先将待测溶液和银或金纳米溶胶颗粒相混合，然后将混合液滴加到一个小反应杯中或用点样毛细管直接吸取混合液，激发光将透过小反应杯壁或毛细管壁聚焦到溶液中，从而获得待测物质的表面增强拉曼光谱。在湿法SERS检测中，大部分激光光束所产生的热量被溶剂所吸收，从而避免了待测物质因局部过热而受损。因而可以使用相对较高的激光功率，提高对待测物质的检测灵敏度。但湿法SERS检测受金或银溶胶的粒径大小、形状以及聚集度等影响比较大，所以重复性相对较差；另外，当需对大批量的样本进行分析时，湿法SERS检测不及干法SERS检测方便。

发明内容

本发明为解决传统干法和湿法SERS检测的缺点，提供一种增强SERS信号的定量分析方法，以及该方法在痕量物质定量分析中的应用。

本发明的技术方案是，提供所述增强SERS信号的定量分析方法，包括以下步骤：

(1)在基片上钻圆锥孔或圆柱-圆锥孔；所述圆柱-圆锥孔是在圆锥孔的上方连接圆柱孔，且圆锥孔一端与圆柱孔一端相接；

(2)在钻有步骤(1)所述孔的基片表面沉积纳米颗粒，得到增强基底；

(3)利用所述增强基底结合内标法获取校正样本的SERS光谱数据；

(4)在校正样本的SERS光谱数据与样本中待测物质浓度矢量c之间建立校正模型；

(5)利用所述增强基底结合内标法获取待测样本的SERS光谱x_test；采用所述校正模型计算出待测样本中待测物质的浓度。

进一步地，所述圆锥孔的孔径和高度能使垂直基片入射的激发光在圆锥孔内发生全反射。

进一步地，所述基片为玻璃片或硅片。

进一步地，所述纳米颗粒为金纳米溶胶颗粒(AuNP)或银纳米溶胶颗粒(AgNP)。