[发明专利]基于银纳米粒子/硅金字塔阵列的结晶紫SERS光谱检测方法

说明书

本发明公开了一种AgNPs/PSi结构SERS基底的制备方法及一种基于AgNPs/PSi结构SERS基底的光谱检测方法；该发明基于一种新型的高效表面增强拉曼散射基底——银纳米粒子/硅金字塔(AgNPs/PSi)基底，用结晶紫作为探针分子验证了AgNPs/PSi的灵敏性、均匀性和稳定性，并利用AgNPs/PSi的SERS特性设计了信号“从有到无”的过程来实现汞离子的检测。

技术领域

本发明属于SERS光谱检测技术领域，具体涉及基于银纳米粒子/硅金字塔阵列的结晶紫SERS光谱检测方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)技术可以提供丰富的振动光谱信息来识别和量化微量物质，自二十世纪七十年代发现以来，它作为一种强有力的分析工具引起人们的广泛研究；迄今为止随着光学科学和纳米技术的巨大发展，SERS应用已经扩展到不同方向，包括食品、生物学、医学、环境、艺术保护、和催化等领域；二十世纪八十年代以后，SERS技术的发展遇到了许多难题，比如：高效的SERS增强只会出现在某些极少数的金属表面，诸如金、银、铜；金属表面必须经过粗糙化处理才会出现SERS效应；SERS现象只能通过实验来观察而没有具体的理论来解释；二十世纪九十年代，Nie和Kneipp等研究组对SERS效应进行了深刻的理论与实验分析：SERS的增强效果从最初的10⁶增加到10¹⁴，极大程度上提高了SERS的检测能力，SERS技术一跃成为最有效的单分子水平检测方法；2000年提出的针尖拉曼散射(TERS)采用了非接触的方式，把增强基底与被检测物分离来进行检测，由于从针尖处可供检测的区域较小，获得的样品信号通常较弱，所以TERS通常应用于拉曼活性比较高的分子的检测。

SERS通过增强试剂与待测物质结合，产生的拉曼信号的强度比原始拉曼信号强度要高出数量级，常见的SERS的增强试剂包括贵金属(金、银和铜)少量半导体以及非金属材料；SERS的出现提高了拉曼检测的灵敏度，实现了微量物质的识别；导致信号增强的因素主要有两个，分别是：与粗糙金属表面相关的电磁增强(EM)；化学增强(CM)，由于吸附在粗糙金属表面上的分子的电子耦合(或涉及由于分析物的化学吸附或金属表面与所观察分子之间的化学键形成而导致吸附物电子态的变化)。

传统拉曼散射强度太低仅有瑞利散射强度的几千甚至上万分之一，对样本检测灵敏度难以达到人们的需求；类似于CRS无标记振动成像虽已被广泛应用，但其检测特异性有限，而且具有相同化学键的分子会有高度重叠的光谱，从而使得对特定分子的成像变得非常困难；CARS信号通常伴随有非共振背景，非共振背景很容易压倒来自其他分子振动的较弱信号，这些信号包含有关分子或样品的振动能级的重要信息；这种非共振散射光会与共振信号相干干涉，这可能会使波段形状失真。

SERS基底的制备过程有以下几种：电化学氧化还原法制备粗糙电极、化学合成法制备金属溶胶颗粒、有序SERS基底制备法、模板法、平板印刷法；一般的SERS基底的制备过程过于复杂，如三角楔增强基底，并且基底提供的表面积较小，无法吸附足够多的探针分子，使得检测精确度低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的高效表面增强拉曼光谱检测基底以及一种用于拉曼光谱检测的检测方法；该发明基于一种新型的高效表面增强拉曼散射基底—银纳米粒子/硅金字塔(Ag NPs/PSi)基底，用结晶紫作为探针分子验证了Ag NPs/PSi的灵敏性、均匀性和稳定性，并利用Ag NPs/PSi的SERS特性设计了信号“从有到无”的过程来实现汞离子检测；

为了达到上述技术目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种Ag NPs/PSi结构SERS基底的制备方法，包括以下步骤：

S1：首先用H₂O、NaOH和H₂O₂的混合溶液清洗硅片表面，清除硅表面形成的各种化合物；

S2：利用NaOH溶液抛光硅片表面，移除被损坏的表面层，得到表面光滑的硅片；