拉曼光譜是一種無損分析方法，它是基于光和物質的相互作用產生的。當激光光源的高強度入射光直接照射到樣品上時，會發生散射現象。當散射光與入射光具有相同的波長時，這種散射稱為瑞利散射。此外，還有一小部分散射光的波長與入射光不同，這部分散射光稱為拉曼散射。

 

但是，幾十年來，拉曼光譜技術在實際應用中并未得到充分利用。

 

這主要歸因于以下兩點：

 

—拉曼信號相對較低，因為在106個入射光子中只有約1個發生拉曼散射；

 

—熒光干擾，這取決于分析物分子的性質和所用的激發波長。熒光比拉曼散射效率高得多，因此可以完全淹沒拉曼信號。

盡管它們取決于所分析物分子和樣品基質的散射強度，但正常拉曼散射的典型檢測限濃度范圍約為1％-10％。對于疾病檢測或麻醉品識別等應用，這樣的檢測限遠遠不夠。在這種情況下，就要進行SERS測量。

 

surface-enhanced Raman scattering表面增強拉曼散射（SERS）克服了信號微弱的缺點，可以大大增強拉曼強度。

 

在70年代，研究小組觀察到當吸附到粗糙的金屬基質上時，來自有機分子（如吡啶）的拉曼信號大大增強。盡管出現了幾種理論來解釋這種現象，但如今人們普遍認為增強機制并非一種：電磁增強機制占主導地位，而化學機制占增強的一小部分。

 

使用由貴金屬（通常是銀或金）制成的粗糙化的納米金屬基底，可以實現電磁增強。這是由于，當激光激發樣品和納米材料的復合物時，會發生局域表面等離子共振（上圖），簡稱LSPR（Localized Surface Plasmon Resonance）。在這種條件下，激光激發輻射和樣品的散射輻射都會被放大。從理論上講，該電磁增強可以將信號增強至1011倍。同時，化學增強從理論上可增強104倍。通過組合的增強機制，使得SERS能夠檢測到單個分子的拉曼信號。

 

 

在過去的二十年中，這些納米結構的制造已成為學術研究的一個熱門領域。SERS基底可以包括膠體懸浮液、固體納米球和涂在硅芯片上的金屬。當分析物分子置于納米結構的交界處時，增強作用往往達到較高水平，我們也稱為SERS“熱點”。因此研究人員可以定制基底的形狀和等離子激元的活性，以達到更高的增強水平。

 

 

鹽酸芬太尼的正常拉曼光譜與鹽酸芬太尼在市售SERS基底上的SERS光譜之間的差異。

 

芬太尼的正常拉曼光譜比相應的SERS光譜包含更多的峰，SERS波段也比正常拉曼波段更寬。SERS光譜和正常拉曼光譜之間的差異，很大一部分原因是基底造成的。

 

在這種情況下難以使用常規拉曼譜庫進行SERS光譜分析。因此，我們鼓勵需要SERS應用的用戶創建自己的SERS光譜數據庫。

 

 

瑞士萬通旗下包括Metrohm Raman和B&W Tek兩大拉曼產品品牌，擁有多種類型的拉曼光譜儀，全面覆蓋科研、食品、制藥、安防等多個領域。

 

目前，我們的手持式拉曼產品中已經包括了針對SERS分析的麻醉品庫，我們也會開發更復雜的SERS譜庫便于用戶的使用。