SERS Performance Factor: A Convenient Parameter for the Enhancement Evaluation of SERS Substrates

SERS性能因子:SERS衬底增强评价的一个方便参数

论文信息Xiaxia Yue,# Sen Yan,# Tianchu Gao, Shuhuan Pu, Hui Tang, Xindi Pei, Zhongqun Tian, Xiang Wang,*

Bin Ren,* and Guokun Liu*

主讲人：谭泽航2024.11.24

研究背景

  表面增强拉曼散射(SERS)最早是由Fleischmann等人于1974在粗糙的银表面上观察到的，后来由VanDuyne等人和Creighton等人于1977年独立证实为一种新的表面增强效应。该增强效应随后被确定主要来源于局域表面等离子体共振(LSPR)。随着分子指纹技术和单分子水平灵敏度的提高，SERS在表面科学、材料科学、生命科学、法医学、文化遗产、医学诊断、食品和环境等各个领域都是一种有前景的分析技术。

研究内容 

  表面增强拉曼光谱(SERS)具有分子指纹信息和单分子灵敏度，已广泛应用于各个领域的定性和定量分析。为了获得高SERS活性，已经制备了大量的纳米结构等离子体材料。目前，很大的困难在于评价基材间的SERS性能差异较大，难以标准化。解决这个问题。

  本工作提出了SERS性能因子

振兴EF的概念，在相同或归一化的测量条件下，取浓度依赖性SERS(低于单层覆盖年龄)与正常拉曼测量值在线性强度响应

范围内的斜率(即灵敏度)之比，SPF将是一个独立于实验条件(如CSERS和CRaman))的常数。此外，在不同的激光激发下，以SPF作为评价SERS性能的标准，对胶体态和固体态Au纳米粒子(NPs)进行了验证。

  SPF的变化趋势与探针分子灵敏度的变化趋势一致，证实了SPF是评价SERS灵敏度的可靠参数。

  乙醇拉曼溶液中的正态拉曼光谱，通过绘制两个锋的拉曼强度图，得到美国锋的线性关系，根据各斜率的出(225.1±1.9)(1101cm–1)or(290.6±3.5)(1602cm–1)。

A:显示了4-MBA浓度依赖性SERS光谱，其中40nm胶体AuNP作为SERS衬底。由于4-MBA通过Au-S键的形成在AuNPs表面的强烈吸附，两个特征拉曼峰（即v12和v8）从1101厘米和1602厘米偏移至1081和1595厘米。

  随着胶体AuNP尺寸的增加，SPF稳定增加，而4-MBA的最低可检测浓度（LDC）降低，表明灵敏度增加。这种趋势与这些AuNP在785nm处的消光变化一致，证实了EM增强对SERS的重要作用。更重要的是，一致的AuNP浓度和SPF值（代表SERS增强）和4-MBA的LDC（代表SERS敏感性）的大小依赖性趋势表明SPF在评估胶体SERS基材的SERS性能方面的可靠性。

 基材类型依赖性SPF：从胶体到固体。

 这四种固体SERS底物上与粒径相关的SPF和LDC。SPF随着AuNP尺寸的增加而稳定增加，这也与已充分讨论的尺寸依赖性EM增强一致。此外，SPF和LDC的相反AuNPs尺寸依赖性趋势也证实了SPF在评估固体SERS基材的SERS性能方面的优势。

总结与展望

  RS 性能因子 （SPF） 的新参数，该参数源于 EF 的定义（增强因子）。

1。这解决了由于参数精确计算的复杂性而导致的 EF 评估不可靠的挑战，有效地增强了对 SERS 增强性能的评估。以 4-MBA 为探针分子，采用各种大小和状态 （溶胶和固体） 的 Au NPs 作为 SERS 衬底，进行正常拉曼和 SERS 实验，以验证 SPF 在评价 SERS 衬底 SERS 增强性能方面的可靠性。

2.在实验上，SPF 作为一个简单且实用的参数，不仅有效地消除了由单次浓度测量引起的潜在显着偏差，而且还避免了对测量体积中分子数量或浓度的有问题的估计。

3.更重要的是，SPF（SERS 增强指标）和 LDC（SERS 敏感性指标）的相同趋势证实了 SPF 在评估 SERS 基材性能方面的可靠性。