專利名稱：用于拉曼光譜分析的襯底和襯底組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉賴于拉t^^t^析的襯底和襯^i且件，以及M地，涉及能夠 對(duì)樣品中的物質(zhì)進(jìn)行高靈jyL^析的襯底和襯;Ma件。
背景技術(shù)：
拉曼光語(yǔ)利用光的非舉性絲(拉曼絲)。當(dāng)it^射時(shí)襯的每次振動(dòng)導(dǎo) 致拉曼絲；因此，通過檢測(cè)所雄曼絲能夠獲#^質(zhì)獨(dú)特的振動(dòng)產(chǎn)生的光 譜。拉曼光鐠已^L包括x^呈學(xué)、藥學(xué)和農(nóng)學(xué)的許多領(lǐng)域中引起了注意，因?yàn)?它能夠如^卜光"il-"樣進(jìn)行狀態(tài)分析，還能夠檢測(cè)各種形狀的樣品，不易受潮 濕的影響，以及具有良好的波數(shù)準(zhǔn)確度，短的檢測(cè)時(shí)間等等。jHW卜，應(yīng)用于制 造中的質(zhì)量控制技術(shù)^考慮中。然而，拉曼光鐠固有iiM^測(cè)靈^tl很低，因 此，不適于^t量組分的分析。由于包^t再現(xiàn)性、定量性等的各種因素，從jM殳 有將拉曼光語(yǔ)應(yīng)用于涉及癌癥診斷的臨床醫(yī)學(xué)。
表面增強(qiáng)拉^Bf(SERS),其是拉^B瞽的組，利用由金屬納絲構(gòu)吸 收的^"發(fā)出的拉曼，光與正常情;;^目比增強(qiáng)至較;UC平的現(xiàn)象。拉曼， 的這種增強(qiáng)被認(rèn)為主要由兩種效應(yīng)的結(jié)合導(dǎo)致:當(dāng)襯由金屬表面吸附時(shí)金屬 表面的粗糙導(dǎo)致的電磁場(chǎng)的局部增強(qiáng)(電磁場(chǎng)效應(yīng))；以及在局部增強(qiáng)的場(chǎng)中被 吸附襯向未占據(jù)4^￡的電荷遷移(化學(xué) )。由于SERS能夠?qū)ξ⒘拷M絲 行f絲分析，以;)^測(cè)環(huán)嫂激素、殘留農(nóng)藥、有毒組分等為目的的研究，jt^ii 行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將解決的問題
如上述，表面增強(qiáng)拉f^il(SERs)，其為分析微量組分的;ut方法中的一 種，利用由金屬納M構(gòu)吸收的化學(xué)^^導(dǎo)致的拉曼IUt增強(qiáng)至約io，ooo倍的
現(xiàn)象。通常，將在其上附著有金屬顆粒的襯底置于樣品中并il/f^]單'^^m
射以檢測(cè)^f的，光。在一次檢測(cè)中僅產(chǎn)生一個(gè)SERS并因此受限于理i^r 測(cè)限(theoretical detection limit )。 ^卜，已^il，根梧附著在村底的金屬類型， 用于增強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)不同，并且問U:同時(shí)檢測(cè)7j^:液中的多個(gè)組分存在困 難。
解決所述問題的方法
在普通SERS的應(yīng)用中，發(fā)明者A艮了 SERS檢測(cè)的方法。該方法是^JH 多個(gè)船匕平^M的襯底，每個(gè)村;M5通it^^璃襯^Ji^目^^納^Ml金顆 粒形成，其中所述金顆粒部分間隔為納i)^l且另外的間隔為^i^U通過經(jīng)過 所述襯底傳iH^^另夕HM近場(chǎng)(near field)檢測(cè)狄絲實(shí)施該方法。這 凈皮稱為傳送多重增強(qiáng)拉曼光鐠(transmissive multiple enhancement Raman spectroscopy, MERS )。該方法在于經(jīng)過多^HMf^t底傳送單個(gè)'^t^以同時(shí)進(jìn) 行多個(gè)SERS的抬側(cè)。因?yàn)閷⒍鄠€(gè)襯底置于一定體積的溶液中，所以由于M 效應(yīng)和與拉曼，光的諧振，還期望進(jìn)一步的增強(qiáng)。由于多個(gè)襯底的使用，分 析物M更有可能附著至所述襯底，導(dǎo)致以大于或等于簡(jiǎn)單地與襯 :目成比 例的增長(zhǎng)比例的比率增加強(qiáng)化掛靈敏性。啦淀的檢測(cè)結(jié)果，作為實(shí)例，表明在 ■fit SERS中所述^"測(cè)P艮為128卯b而"重增強(qiáng)(三個(gè)襯底)中^r測(cè)限為0.96 ppb。
為獲得該結(jié)果，本發(fā)明特4i^于拉fJ^t^析中使用的包M先確定的透 明襯底和不均勻g加至所必i:明襯^4面的4，屬顆來立的^t底。
本發(fā)明特M于在所^it明村底上的預(yù)定區(qū)域中集中所迷金屬顆粒，使得 金屬顆粒間的間隙為納ifm，但是，在其它區(qū)域中^f^斤，粒，使#^屬顆
凈立間的間隙為賴M^L
本發(fā)明特征在于所述金屬顆粒是金、銀、銅、鉑、鈀、鋁、絲鈷。 本發(fā)明特征在于所逸疊明襯底具有板狀的(plate^like)形狀。 本發(fā)明特*于所*明襯底具有圓柱形狀。 本發(fā)明特征在于所逸透明襯底具有矩形的形狀。
本發(fā)明包括所述用于分析的圓柱形襯底和至少一個(gè)插在所述用于分析的圃 柱形襯底中的所，于分析的板狀襯底。
本發(fā)明包括至少兩個(gè)不同直徑的所賴于分析的圓柱形襯底，將直徑較小
的用于分析的襯底iM在直徑較大的用于分析的襯底中。
本發(fā)明包括所述用于分析的矩形村底和至少一種插在所^于分析的矩形 襯底中的所^于分析的板狀襯底。
本發(fā)明特機(jī)g于在多個(gè)用于分析的襯底中的每個(gè)上面;^r有不同金屬的顆粒。
本發(fā)明絲
本發(fā)明能夠通ii^光的傳itii行多個(gè)SERS檢測(cè)并且與所述SERS檢測(cè)相 比能夠獲得更大禾級(jí)的增強(qiáng)?！稭卜，與賄寺娘目比本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn):能夠 通過添加或去除所述襯底來調(diào)節(jié)增強(qiáng)的程度；和通it^合多個(gè)由不同金屬制成 的膜襯底能夠進(jìn)行多組^r測(cè)。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的用于分析的襯底的,，艦圖。
圖2是附著至圖1中顯示的村底的金顆粒的原子力顯微鏡圖像。
圖3是在傳Wi曼光傳中使用的圓柱形襯底的^t截面圖。
圖4是本發(fā)明另 一實(shí)施方式的用于^^f斤的利7^i且件的^t截面圖。
圖5是本發(fā)明又一實(shí)施方式的用于分析的襯^i且件的橫截面圖。
圖6是本發(fā)明又一實(shí)施方式的用于分析的襯^i且件的橫載面圖。
圖7是本發(fā)明又一實(shí)施方式的用于分析的襯;Ma件的橫載面圖。 圖8是本發(fā)明又一實(shí)施方式的用于分析的襯^i且件的橫截面圖。
圖9桐念'l^k/說明了使用在圖6中顯示的用于分析的襯^i且件的拉f^i瞽
的原理。
圖io顯示了本發(fā)明的用于分析的襯;Ma件的應(yīng)用的實(shí)例。 圖U;l本發(fā)明的用于分才斤的利^i且件的應(yīng)用的另一實(shí)例。 圖12是本發(fā)明的用于分析的襯^i且件的應(yīng)用的又一實(shí)例。 圖13另:;^發(fā)明的用于^^斤的;^^i且件的應(yīng)用的又一實(shí)例。 圖14是本發(fā)明的用于分析的襯;^i且件的應(yīng)用的又一實(shí)例。 圖15 U示本發(fā)明獲得的拉曼^f多和拉曼強(qiáng)度之間關(guān)系的圖。
圖16顯示在^^]本發(fā)明的無增強(qiáng)和一重增強(qiáng)(one enhancement)之間檢 測(cè)卩WJL和檢測(cè)靈^t^增強(qiáng)程度的對(duì)比。
圖17顯示在1^1本發(fā)明的三重增強(qiáng)和五重增強(qiáng)之間檢測(cè)F^1和檢測(cè)靈 _增強(qiáng)考1^的對(duì)比。
圖18^^示通it^發(fā)明獲得的拉曼峰強(qiáng)和p比^^JL之間的關(guān)系的圖。
圖19 A^示^^l重金屬通it^發(fā)明方法獲得的拉曼^^多和拉曼強(qiáng)度之間 關(guān)系的圖。
圖20顯示在重金屬的測(cè)量中，在^^1本發(fā)明的無增強(qiáng)(no enhancement )、 一重增強(qiáng)和三重增強(qiáng)之間檢測(cè)卩^l和檢測(cè)靈4itl增強(qiáng)程度的對(duì)比。
圖21 A^示使用菌類(fungus)通it^發(fā)明獲得的拉曼^^多和拉曼強(qiáng)度之 間的關(guān)系的圖。
標(biāo)號(hào)1
1用于^^斤的利^底 3玻璃襯底 5金顆粒 7集中區(qū) 9綠區(qū)
21用于分一斤的利v^i且件
23圓柱形玻璃村底
25a金顆粒
25b板做璃襯底
31用于分一斤的^L^^t底
33金顆粒
35圓柱形玻璃村底
41用于^^斤的襯v^i且件
43用于^^斤的圓柱形^t底
45用于^^斤的扭^^t底
51用于^^斤的刮7^i且件
53用于分析的圓柱形襯底(較;tjL徑)
55用于分析的圓柱形襯底(較小直徑)
61用于^^斤的利「^i且件
63用于分沖斤的^l狀^t底
71用于分析的襯;Ma件 73用于分4斤的扭^狀^t底
75絲
81用于^^斤的^t^i且件 ioi用于^^f斤的^t^i且件
103用于^^斤的利-底 105用于^^斤的^t底
in用于^^斤的^tv^i且件
113用于^4斤的利V^ 115用于^^斤的^t底
121用于^^斤的^Hv^i且件
123用于^^斤的利^底 125用于^^析的利^底 127用于^^斤的^t底
R拉曼儲(chǔ) S分析物襯 T樣品
M實(shí)施方式
下面，將參見附圖描迷本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
圖1 示具有脅線明村底(即，由玻璃板制成的玻璃襯底3 )表面 的金顆粒5的用于^^f斤的襯底1的實(shí)例的,扭見圖。圖2是用于分析的襯底1的 部分表面的原子力顯微鏡圖像。在圖1中，為了方便描述，放大了^f目^^的 ^ir顆粒5的層厚。圖2的原子力顯微鏡圖像為4x4nm。圖2中的白色部分是集 中了金顆粒的區(qū)域7，而黑色部分;l^了金^^立的區(qū)域9。在集中區(qū)7中，金 顆^fc比靠近，空隙是納^1。在*區(qū)9中，金顆凈itob^lt空隙是孩沐 級(jí)。該不均勻分布的原因是能夠經(jīng)過用于分析的襯底1傳i!UMi^B普中使用 的'^t^，而能夠在集中區(qū)7中增強(qiáng)拉曼，。待^JD的金屬顆粒不限于金， 也可以是銀、銅、鉑、鈀、鋁、鈦、鈷等的顆粒。所迷金屬顆粒是納^MSL的金
屬納iW粒，包^^如納#的金屬納^#構(gòu)。
能夠?qū)⑺鼋痤w粒集中或^t^任意考級(jí)。然而，需要滿足下列糾以能
夠甚^H綠質(zhì)泉復(fù)的樣品進(jìn)行可靠的分析。 [方程i
<formula>formula see original document page 8</formula>i^E做了一^Ri殳，假i^樣品中分析物分子的濃度很低，以至于不能使 用"fit拉曼光^^析。在上面的方程中，n表示透過4^C^的表面的光的傳送 數(shù)目，也可以將該數(shù)目稱為增強(qiáng)的數(shù)目；Ir(x)表示傳i^過第x個(gè)玻璃襯底時(shí) 從樣品拉曼絲并到ii^測(cè)部分的光的拉曼絲強(qiáng)度；N(n)表示在n *送期 間^r測(cè)的噪聲的總量；以及D表示檢測(cè)設(shè)備(檢測(cè)器)的拉曼信號(hào);)^測(cè)下限。
使用可購(gòu)得的離子^J^bUt過金^i目沉積法制備本實(shí)施方式的用于分析的 襯底l。在實(shí)際的^i目:^^工藝中，玻璃襯底3距離靶中心4.50 并在7 11的 高狄傾斜，以及^目^^在費(fèi)的時(shí)間是30^^中。在該工藝中，^目;5t^電壓 是L2kV,以及^目^^電^Ul5.5mA。然而，對(duì)于待^^I的每個(gè)離子^M機(jī)， 需^fe化調(diào)節(jié)這些^Ht。相々她，M過金^目^^法在下列^i目^^P^Ht下 制備由玻璃圓柱(glass cylinder)制成的用于分析的襯底^/斤i^^C璃圓柱位 于直彭巨離^:^Ji 1.5 cm處；和^目^^需要的時(shí)間是30^l中；^目J5C^電 壓是L2kV;和^目沉積電流是5.5mA。應(yīng)注意的是，^"發(fā)明中，能夠用另 ""i殳^^f戈替所述離子^^機(jī)以形成用于分析的村底,只要能夠獲#^屬顆粒(諸 如金)的不均勻分布。例如，能夠利用下面^J^單W膜和金屬膠體的方法形 成*的用于分析的襯底在所述^t底上形成具有由孩M^間隔分開的納;^ 孔的單^膜；向其施用所述金屬納米膠體；以及接著>^斤述襯底去除所述單 分子膜?；蛘?，可以使用納米光刻法或激^^蝕法制備所迷襯底。
以約3xl5mm至4xl5mm的尺寸形成由玻璃板制成的用于分析的襯底1, 使得當(dāng)需要時(shí)可將它置于由玻璃圓柱制成的用于分析的襯底中。所ii^L璃圓柱 通過切割可購(gòu)得的NMR玻璃管(5mm屯)至約3cm的長(zhǎng)度形成。所^]于分 析的村^1今為止^JD板絲者圓柱形的透明襯底。然而，本發(fā)明不限于這些 襯底，以及可^b^^I諸如矩形玻璃比色槽(glass cell)的玻璃容ll^為透明 襯底。不必說，所iii^璃容器能夠以立方體形狀形成。所逸逸明襯底可由諸如
透明塑料或者藍(lán)寶石玻璃的任意透明材料制成。
接著，將描述用于分析的襯底和襯;li且件的^t具體實(shí)例。圖3顯示用于
"fii拉曼測(cè)量(無多重增強(qiáng))的襯底11,該襯底11包^t真絲樣品T(約300nl) 的普it^L璃圓柱。圖4顯示在SERS測(cè)量(一重增強(qiáng))中使用的用于分析的襯底 組件21,所述襯^i且件21包括:填充有樣品T(約300nl)的普iiJL璃圓柱23; 和由在上面^i目;2^P省^r顆粒25a的玻璃板25b制成的用于分析的襯底25。圖 5顯示在MERS測(cè)量(三重增強(qiáng))中使用的用于分析的襯底31 ，所述襯底31包括 在上面^目^^P省金顆粒33和填絲樣品T(約300^1)的玻璃圓柱35。圖6 顯示在MERS測(cè)量(五重增強(qiáng))中使用的用于分析的襯^i且件41，所述襯底41 包括由在上面^目J5L^省金顆粒43a的玻璃圓柱43b制成的用于分析的刮^底 43;所述襯底43填M樣品T(約300fil)和在其中提供有由在上面^目i ^F省 金顆粒45a的玻璃板45b制成的用于分析的襯底45。圖7顯示在MERS測(cè)量(七
重增強(qiáng))中^^的用于分析的襯^i且件51，所述襯^ia件si具有由在上面^目
^^P省金顆粒53a的玻璃圓柱53b制成的用于分析的襯底53，所述襯底53填 絲樣品T(約300叫和在其中提供有由直徑小的玻璃圓柱55b制成的用于分析 的襯底55,在所述襯底55上面^目沉積^T金顆粒55a。圖8顯示在MERS測(cè)
量(九重增強(qiáng))中^fM的用于分析的襯^i且件6i,所述村^ia件61是通過將由在
上面^目^^省^r顆粒63a的玻璃板63b制成的用于^^斤的利"底63加至圖7 中示出的結(jié)構(gòu)而形成的。
圖9概念'l^t說明當(dāng)利用在圖6中示出的用于分析的襯^i且件41進(jìn)行拉曼 光"il^^析時(shí)增強(qiáng)的原理。雖然，在圖6中，所iii且件中^f有所述用于分析的 圓柱形襯底43，但A^方^^釋，在圖9中圖示了平面形狀的所有所述用于分 析的襯底。如圖9中所示，從用于分析的所述襯;M且件41的左側(cè)照射、^束L。 部分* 6束L由在第""(左側(cè)的)用于分析的襯底43上的分析物分子S拉曼，， R并且向光源(未示出)M。余下的B束L經(jīng)it^一用于分析的襯底43并到 絲二用于分析的襯底45,在該處部分所ii^Ut束L也由在所^于分析的襯 底45上的分析物^f拉曼Wt R并且向光源反射。jH^卜，已經(jīng)it^二用于分 析的襯底45的所i^it束L到達(dá)第三(右側(cè)的)用于分析的襯底43,在該處所述 L由分析物M S拉曼，R。另外，已由第二用于分析的襯底45向 光源反針的光也由第一用于分析的襯底43拉曼 " R，以及已由第三用于分析 的襯底43 M的光也由第二和第一用于分析的村底45和43拉曼散射R。因此， ^^斤述光源發(fā)出的激光束L經(jīng)歷最多五次>^^斤述用于分析的襯底43和45經(jīng)過 的傳i^者A^直到它^^"。以這種方法，能夠增強(qiáng)所述^"測(cè)靈M。
圖10顯示用于^^斤的利vli且件的應(yīng)用的實(shí)例。所述用于分析的襯^i且件
71包括多個(gè)由玻璃板73a制成的用于分析的襯底73,將所述襯^tob平^i: 和賴在預(yù)定的絲75中。將具有亞孩OM^f度的涂層73c脅至用于該實(shí)例 的每個(gè)襯底73的表面，以便M金顆粒73b。將容器75填絲包括分析物分 子的7X^液。利用光3#^義，^M^bt^^射用于^^斤的所^it^i且件71以枱-測(cè) 拉曼散射R。
圖11是用于分析的襯;M且件的應(yīng)用的另一實(shí)例。所^于分4斤的^HvgU且件
81 包括直的部分83和彎曲部分85的彎曲玻璃管。將所述直的部分53放 置x(M目同的平面上并JLfc^間具有預(yù)定的間隔相互平行排列。所述玻璃管包 含在上面^目^4P、的金顆粒。為進(jìn)行分析，利用光i射義，^;斤i^L璃管填^" 包含分析物分子的7JC溶液，以^垂直于所述直的部分83的方向上照^^bt^ L以檢測(cè)拉曼散射R。
圖12是用于分析的襯^i且件的應(yīng)用的又一實(shí)例。所述用于分析的村^i且件
101包拾用于分析的中空矩形或者立方##底103;和置于所述襯底103中的 用于分析的板狀襯底105。所翻于分析的襯底103包拾由中空矩形玻璃制成 的透明襯底103b;和脅至所錢明襯底103內(nèi)壁的金顆粒103a。內(nèi)部醒的 用于^^斤的所述^l狀^t底105包^l狀的^L璃^t底105b和施加至所述，^t底 105b表面的金顆粒105a。所自于分析的襯^i且件101填^"樣品T。在上述 結(jié)構(gòu)的襯^i且件101中，W卜,波出的光經(jīng)歷最多五次經(jīng)過金顆粒層5的傳送 直到它初U^)"。因此，該襯底101能夠產(chǎn)生與圖6的用于分析的襯;^i且件相同 的錄。
圖13顯示用于分4斤的村^^i且件的應(yīng)用的又一實(shí)例。所i^于^4斤的襯^i且 件111包拾用于分析的中空矩形或者立方^t底113;和置于所述襯底113中 的用于分析的板狀襯底115。所述用于分析的襯底113包拾由中空矩形玻璃制 成的透明襯底113b;和^至所i^it:明襯底113b內(nèi)壁的金顆粒113a。置于內(nèi) 部的所is^l狀的^t底115包^^R^C璃襯底105c和;^o至所i^M^y^t底 105c相對(duì)兩側(cè)的金顆粒層115a和U5b。所述用于分析的襯7liE件111填^"
樣品T。在上i^構(gòu)的用于分析的襯;li且件i11中，w卜,波出的i^歷最多 七次經(jīng)過金顆粒層的傳送直到它,ic^射。因此，該襯^ia件m能夠產(chǎn)生與圖 7的用于^^斤的村7^i且件相同的^。
圖14顯示用于分析的村^ia件的應(yīng)用的又一實(shí)例。所述用于分析的襯;M且
件121包拾用于分析的圓柱形襯底123;和置于所述襯底123中的兩個(gè)用于分 析的板狀襯底125和127。所賴于分析的村底123包拾由中空玻璃圓柱制成 的透明襯底123b;和^口至所iiit明襯底123b內(nèi)壁的金顆粒123a。置于內(nèi)部
it^C璃襯底125b和127b表面的金^^立125a和127a。所述月于分析的襯^i且 件121填絲樣品T。在上述結(jié)構(gòu)的用于分析的襯^i且件121中，W卜,波出 的光經(jīng)歷最多七次經(jīng)過金顆粒層的傳送直到它被反射。因此，該襯^i且件121 能夠產(chǎn)生與圖7的用于^^斤的刮7^i且件相同的^。
接著，將描述M的檢測(cè)和分析。錄曼檢測(cè)中，^J l可購(gòu)得的拉t^語(yǔ) 儀。該拉1^#(義具有300至2400cm-1的測(cè)量范圍。M用于分析的襯底的激 光的'M波長(zhǎng)是785nm。將CCD用作檢測(cè)器測(cè)量1秒鐘x5(總計(jì)5秒鐘)。所述 檢測(cè)'^fM可購(gòu)得的探針。所述樣品是-比^K^液。所述他^7K^^A^4面 增強(qiáng)拉曼光if(SERS)研究中廣泛使用的增強(qiáng)檢查單元(印hancement checking element). ^^I超純7Jc制備所述他^7JC溶液。對(duì)于膜^"測(cè)，^^J可購(gòu)得的平板 光波導(dǎo)(slab optical waveguide )。除以上^ft^卜，以40。的入射角進(jìn)行利用所 iiit波導(dǎo)的拉曼測(cè)量1秒鐘xl0(總計(jì)10秒鐘)。^JU上迷金^目^^V法，q目 ;5t^與信號(hào)探測(cè)部^目對(duì)的所述光波導(dǎo)的端面以及J^L^t，并且^目J5^P、頂面。
作為實(shí)例，圖15顯示lMp比^7K溶液的"fit(無增強(qiáng))拉t^bit(A), 1()4摩 爾p比咬水溶液的普通拉曼光^(B-l)，以及多重增強(qiáng)拉曼光if(B"2)(三重增強(qiáng))。 通itA樣品的拉曼光鐠中去掉在實(shí)際測(cè)量之前將純7JO真^^L璃圓柱中所獲得
的拉曼光i脊對(duì)這些光鐠實(shí)施背景too如圖15中所示，在所述l摩爾p比^^ 的^t拉t^^(A)中C^到了峰。然而，由于它的^i^，在10"摩爾他^7K 溶液的"fit拉曼光^(B-l)中沒有X!i^到峰。另一方面，與在高濃度7jC^液的拉 曼光i普(A)中一樣，在所i^重增強(qiáng)的104摩爾敗^7膝妙l)中，J j:到了拉 曼^#的峰，^實(shí)了拉曼Wt的增強(qiáng)。
通it^每重增強(qiáng)或者多重增強(qiáng)的拉曼測(cè)量中獲得的在所述橫坐標(biāo)X軸上為
他咬的C-H平面內(nèi)彎曲l^動(dòng)導(dǎo)致的拉曼^^多1013cm"的峰5雖和在所皿坐標(biāo)Y 軸上為相應(yīng)濃度的圖中畫檢測(cè)線^^得所^曼光諳的峰強(qiáng)和所述p比^!t7K溶液 的濃>1之間的關(guān)系0^見圖18)。利用以下方禾呈式計(jì)，曼^# 1013cm—1的拉曼 峰強(qiáng)度。
峰強(qiáng)度-[拉曼^f多1013cm"的儲(chǔ)強(qiáng)度(他咬的C-H平面內(nèi)彎曲振動(dòng))-[拉 曼^i^多1013cm'1的峰的兩側(cè)的，強(qiáng)度的平均值
結(jié)果，M^強(qiáng)度的增加，J ^到了M的增加，證實(shí)了存在定量性。因此， 計(jì)算了每重增強(qiáng)和多重增強(qiáng)的抬r測(cè)l^^^和檢測(cè)靈^l增強(qiáng)的程度。在S/N(信 噪比)=3時(shí)用p比"^K^液的、;^l計(jì)算所ii^測(cè)I1L^度。使用在所#曼光譜中 ，膝不到一 2300至2350cm"范圍內(nèi)的均方^(RMSMt^示所述噪聲級(jí)。;^測(cè) 限信號(hào)值^jyf^且用于計(jì)算檢測(cè)11^1,與圖18的檢測(cè)線進(jìn)行比較。計(jì)算所 述;^r測(cè)限的增強(qiáng)程度，將無增強(qiáng)的^r測(cè)PH^l設(shè)為1。在圖16和17中示出所 i^果。在"fit拉曼檢測(cè)(無增強(qiáng))中所述檢測(cè)限是200ppm,但是在SERS(—重 增強(qiáng))中是129ppb，檢測(cè)靈狄的增強(qiáng)程y^l增加了 1,700鉤參見圖16)。另一 方面，在細(xì)1^(五重增強(qiáng))中所迷>1^^艮是0.96 卩1),枱r測(cè)靈敏復(fù)的增強(qiáng)程;tA ^it拉曼^r測(cè)的209,900銜參見圖17)。已證實(shí)，MERS增強(qiáng)了拉曼絲，
X^JL,檢測(cè)靈M的增強(qiáng)程度隨多重增強(qiáng)的數(shù)目增加。這可歸因于能夠 利用單^Jt源同時(shí)進(jìn)行多個(gè)SERS測(cè)量的事實(shí)并JIi^可歸因于^jWfJl者與 拉曼，光的諧振(由于在一定體積的水溶液中布置多個(gè)襯底)導(dǎo)致的增強(qiáng)。
jHW卜，這暗示，檢測(cè)靈M的增強(qiáng)程度僅與襯底的數(shù)目成比例增加或者高 于該比例增加，由于分析物W更可能吸附至所述村底上。上文證實(shí)了所述多 重增強(qiáng)拉f^i普學(xué)的M的^。
當(dāng)將亞孩沐級(jí)的非晶態(tài)氟碳樹脂(產(chǎn)品名稱:Cytop)的涂層施加至^目^^p、 的襯絲面時(shí)^ J ^到拉曼絲的增強(qiáng)，證明該涂/g^作用。
利用上述^支術(shù)，對(duì)懷>1^內(nèi)分泌干擾物并限制作為殘留農(nóng)藥應(yīng)用的氨基甲 酸酯農(nóng)藥，甲萘*1-萘基甲1^甲酸酯)進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)果，證實(shí)了與ptet7jc i^^目當(dāng)?shù)撵`ltl的增強(qiáng)。
^JU本發(fā)明又檢測(cè)了重金屬。所述檢測(cè)的重金屬是包^r脅的重^i^鉀 (K2Cr207)，利用超純7灘所述重^^鉀調(diào)節(jié)JJt當(dāng)?shù)?，并JL^^測(cè)中^f^J。
利用可購(gòu)得的金屬離子^^機(jī)，通過在上面^f目^^^lj備用于檢測(cè)的襯底。
"f^J例如可購(gòu)得的Process Raman Spectrometer PI誦200(由Process Instruments Inc制造)進(jìn)行所錄曼;j^測(cè)。所述測(cè)量范圍在300到2400cm"之間；所ii^ 波長(zhǎng)是785納米，所述;j^測(cè)器是CCD,以及實(shí)祐所述檢測(cè)1秒鐘x5(總計(jì)五秒 鐘)。4吏用例如可購(gòu)得的^^4十(由InPhotonics制造)實(shí)施^斤i^測(cè)法。
在普通拉曼檢測(cè)(無多重增強(qiáng))中，將樣品(約300ml)填絲玻璃管中。在 SERS檢測(cè)(一重增強(qiáng))中，將W目^^P樞的玻璃置于玻璃管中。在MERS檢 測(cè)(三重增強(qiáng))中，將樣品(約300ml)填絲W目^^PJ^璃管中。
圖19顯示0.4摩爾重^^鉀水溶液的^it拉fjBf(A)，三重增強(qiáng)的 摩爾重4$^鉀7]^:液的增強(qiáng)光云#(6_1:實(shí)線)，三重增強(qiáng)的J^水的增強(qiáng)光it(B-2: 點(diǎn)線)，以及l(fā)(r3摩爾重^^鉀7J^^的4^拉fj^l(B^:虛線)。圖19中的線 B-2表示拉曼絲的增強(qiáng)，因此，對(duì)于每重增強(qiáng)，畫出所述絲強(qiáng)度和M^到 拉曼，增強(qiáng)的803cm4處的濃度之間的關(guān)系以^4)j檢測(cè)線爿奸^r測(cè)I^Mt 強(qiáng)程度。計(jì)算S/N比0辨比)=3時(shí)的檢測(cè)限。^^在所辦強(qiáng)光語(yǔ)中，膝不到 峰的2300至2350cm"范圍內(nèi)的均方才^(RMS)表示所述噪聲級(jí)。計(jì)算每重增強(qiáng)的 檢測(cè)限，將無增強(qiáng)的檢測(cè)限設(shè)為1。結(jié)絲圖20中示出，其證明重金屬的MERS 檢測(cè)是可行的。
jH^卜，也將本發(fā)明用于檢測(cè)真菌。樣品菌抹是Esherichia規(guī)桿菌0157H:7 和金黃色葡萄球菌。禍每種真菌振動(dòng)并且在37。C培養(yǎng)過夜。將從10ml培養(yǎng)菌 (4°C， 8000g, 5分鐘)中獲得離心產(chǎn)物并用無菌水洗滌重復(fù)五次。隨后，將所述 真菌與1 ml無菌水;^^f稀釋至適當(dāng)泉變以進(jìn)^f灘r測(cè)。利用可購(gòu)得的金屬離子 It^機(jī)，通迚在上面^目^L^銀形成用于檢測(cè)的襯底。^曼檢測(cè)中使用，例 如，可購(gòu)得的Process Raman Spectrometer PI -200(由Process Instruments Inc 制造)。所述測(cè)量范圍為300-2400cm4;所^Ut波長(zhǎng)是785納米；所迷檢測(cè)器 是CCD;和實(shí)施所述檢測(cè)1秒鐘x5(總計(jì)五秒鐘)。例如，使用可購(gòu)得的探4K由 InPhotonics制造)實(shí)^;斤述#~測(cè)法。在所述^"測(cè)中^^1 300ml樣品。
圖21顯示EshericWa ;U^桿菌0157H:7(A)和金黃色葡萄球菌(B)的拉曼光 鐠(利用MERS )。在圖21的(A)中，在603和743cm-1處出辨。在圖21的(B) 中，在567和919cm"處出旨。這證明，食物中毒菌的MERS^r測(cè)是可行的 而且能夠識(shí)別出Esherichia :^桿菌0157 H:7和金貧色葡萄球菌。jti^卜，利用光波導(dǎo)，對(duì)主要由聚偏二氯乙烯la^的食物^M實(shí)^r測(cè)。
結(jié)果，獲得了所i^4面上非常小量添加劑的清晰的光i普。這暗示，除了7JC溶 液，還能夠檢測(cè)在固體表面上的痕量物質(zhì)。
除了這些，MERS被認(rèn)為可用于檢測(cè)^i^、蛋白質(zhì)、核酸、毒素、真菌、
IW、 ；^#、紙、^Jtiia胺、石墨多環(huán)芳烴(blackleadpolycyclicaromatic)、 氣體、塑膠、導(dǎo)電泉#等等。 工ikit用性
由于本發(fā)明能夠高靈^1^4^#[^1物質(zhì)，所以能夠?qū)⒈景l(fā)明用于環(huán)嫂、 食品或者醫(yī)藥領(lǐng)域中樹物質(zhì)的分析，J^地，'fe4檢測(cè)在河流、農(nóng)田、個(gè) 7風(fēng)者工業(yè)廢水中諸如殘留農(nóng)藥或者環(huán)嫂激素的有毒成分，檢測(cè)活體中的蛋白 質(zhì)、縮氨賊者真菌，分析大氣中的有毒成辨等。
權(quán)利要求
1.一種在拉曼光譜分析中使用的用于分析的襯底，其包括預(yù)定的透明襯底和不均勻施加至所述透明襯底表面的金屬顆粒。
2. 權(quán)利要求l的用于分析的襯底，其中在所iiit明襯底的預(yù)定區(qū)域中集中 所述^r屬顆粒，使#^屬顆粒之間的間隙為納^，以瓦在另一區(qū)域中^l^斤 述金屬顆粒，^^^r屬顆津立之間的間隙為賴^M l。
3. W'J要求1或者2的用于分析的村底，其中所述金屬顆粒是金、銀、 銅、鈿、鈀、鋁、鈦、鈷。
4. 相j，決求l至3的任意一項(xiàng)的用于分析的襯底，其中所述透明襯底具 有;fcgL狀的形狀。
5. ^P'j要求'l至3的任意一項(xiàng)的用于分析的襯底，其中所逃逸明襯底具 有圓柱體形狀。
6. 權(quán)利要求1至3的任意一項(xiàng)的用于分析的襯底，其中所iiii:明襯底具有 矩形形狀。
7. —種用于分析的刮7li且件，其包括至少兩個(gè)^U'J要求4中M的用 于分析的板狀襯底，所錄狀襯^Wi平^i。
8. —種用于分析的襯^i且件，其包括^U'漆求5中M的用于分析的 圓柱形襯底；和至少一個(gè)a利要求4中M的用于分析的板狀襯底，所i^！ 狀襯底插^;斤述用于分析的圓柱形襯底中。
9. 一種用于分析的襯底組件，其包括至少兩個(gè)不同直徑的M利要求5 中M的用于分析的圓柱形襯底，所述較小直徑的用于分析的襯底iM^所述 較^ej:徑的用于分析的襯底中。
10. —種用于分析的襯^i且件，其包括^!^5l利要求6中M的用于分析 的矩形襯底；和至少一個(gè)^^利要求4中^Ui的用于分析的板狀襯底，所* 狀襯底插A;斤i^1于分析的矩形襯底中。
11. 權(quán)利要求6至10的任意一項(xiàng)的用于分析的襯^i且件，其中在所述多個(gè) 襯底中的每個(gè)上面^p有不同金屬的顆粒。
全文摘要
提供了能夠高靈敏度地分析低濃度物質(zhì)的用于拉曼光譜分析的襯底和襯底組件。用于拉曼光譜分析的襯底1包括預(yù)定的透明襯底3和不均勻施加至所述透明襯底3表面的金屬顆粒5。
文檔編號(hào)G01N21/65GK101351700SQ200680049129
公開日2009年1月21日 申請(qǐng)日期2006年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月25日
發(fā)明者小名俊博, 村上修一 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人九州大學(xué)