[發(fā)明專利]一種基于石墨烯納米天線的紅外光譜增強及探測方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410065014.1
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103776790A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韋瑋;朱永;農(nóng)金鵬;張桂穩(wěn)
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35;G01N21/552;G02B26/00;B82Y20/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及紅外光譜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種拓展表面增強紅外吸收光譜探測波段及提高檢測靈敏度的方法及裝置。

背景技術(shù)

紅外光譜技術(shù)是一種直接探測由分子振動模式變化來揭示分子振動機理及其功能，實現(xiàn)對物質(zhì)進行特征識別及定量分析的技術(shù)及方法。該技術(shù)具有高度的“指紋”特征性，無需樣品標記，響應(yīng)速度快，儀器普及率最高，光譜圖庫最齊全等優(yōu)點，是確定分子組成、構(gòu)象和結(jié)構(gòu)變化信息的強力工具和不可或缺的手段，已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測、化學(xué)組成分析、爆炸物檢測和生物醫(yī)療等關(guān)系國計民生及國民經(jīng)濟命脈的重要領(lǐng)域。然而，受紅外光譜儀器性能的限制，傳統(tǒng)紅外光譜技術(shù)僅能對微量物質(zhì)進行定性定量檢測，當檢測對象由微量物質(zhì)向痕量分子甚至是單分子演化的過程中，紅外光波與分子之間的相互作用變得極其微弱，使得采用傳統(tǒng)紅外光譜技術(shù)對薄層或痕量分子檢測時遇到了前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)。

面對這一挑戰(zhàn)，快速發(fā)展起來的表面增強紅外吸收光譜技術(shù)（Surface-EnhancedInfrared?Absorption）顯著增強了被測分子的紅外光譜吸收特征，使分子光譜的靈敏度和準確性大幅度提高，已逐漸成為探測痕量和單層分子特征、表征精細分子結(jié)構(gòu)有效的測試分析工具，在超高靈敏度痕量物質(zhì)及分子分析領(lǐng)域具有極其廣泛的應(yīng)用前景。基于國內(nèi)外研究現(xiàn)狀檢索，該技術(shù)主要包括以下幾類：

一是采用金屬納米島膜的紅外光譜增強方法。紅外光譜增強的基本原理是：當分子吸附在納米金屬島狀顆粒的表面時，通過在紅外波段激發(fā)金屬納米島膜的表面等離子體諧振，使表面局域電場產(chǎn)生極大增強，從而增大表面吸附分子的信號，其紅外吸收是普遍測量條件下沒有金屬納米顆粒存在的10～1000倍。例如，2002年，osawa等發(fā)明的化學(xué)鍍方法成功實現(xiàn)了在硅上沉積金薄膜，該方法簡單易行而且化學(xué)鍍比真空蒸鍍制得金屬膜與基底結(jié)合更牢固并且實現(xiàn)了芳香小分子、CO分子、有機小分子的紅外光譜增強。2003年，Akata等開創(chuàng)性地將SEIRAS應(yīng)用到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的研究中，觀察到了常規(guī)紅外技術(shù)無法觀察到的分子精細結(jié)構(gòu)。2005年，李巧霞等通過在ATR紅外窗口Si柱反射面上的化學(xué)鍍Au膜上再沉積一層厚的Cd薄膜，成功獲得了Pt、Pd、Ru和Ni電極上的SEIRAS，并在1599、1484、1068cm^-1觀察到了吸附Py分子的特征吸收峰。2013年，王倩等采用水熱法制備了一種銀納米顆粒表面增強紅外基底，用于檢測低濃度福美雙農(nóng)藥。結(jié)果表明，該增強基底可檢測低至10^-7mol/L的福美雙農(nóng)藥，對福美雙分子的紅外光譜增強能力高達150倍。2013年，朱偉成等用化學(xué)沉積銀鏡法、溶膠法和電鍍法在玻璃基底沉積Ag粒子島膜，觀察到了Ag/Glass基底上鄰硝基苯胺的紅外光譜增強信號。盡管該方法在電化學(xué)分析領(lǐng)域中取得了顯著的成績，為電化學(xué)的發(fā)展帶來了新的機遇。然而，該方法尚存在增強因子有限，重復(fù)性還有待提高的缺陷。