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如果你曾与拉曼光谱学家讨论过低浓度应用，你可能会听到他们说“嗯，拉曼可能不够灵敏……但SERS可能会起作用！”但这两种技术之间的实际区别是什么？为什么建议将SERS（表面增强拉曼散射）用于低浓度应用？让我们探讨拉曼光谱和SERS光谱之间的技术差异，以及我们如何看待每种光谱的数据的一些实际考虑因素。
在普通拉曼光谱中，激光源直接入射到样品上（图1a）。激光发生散射，非弹性散射光被收集并处理成拉曼光谱。该技术的非破坏性、高选择性以及对水的不敏感性使拉曼光谱成为有机和无机体系定性和定量研究的有用分析工具。
但是，几十年来，拉曼光谱技术在实际应用中并未得到充分利用。这主要归因于以下两点：
1）拉曼信号相对较低，因为在106个入射光子中只有约1个发生拉曼散射；
2）荧光干扰，这取决于分析物分子的性质和所用的激发波长。荧光比拉曼散射效率高得多，因此可以完全淹没拉曼信号。
尽管它们取决于所分析物分子和样品基质的散射强度，但正常拉曼散射的典型检测限浓度范围约为1-10％。对于疾病检测或麻醉品识别等应用，这样的检测限远远不够。在这种情况下，就要进行SERS测量。
在70年代，研究小组观察到当吸附到粗糙的金属基质上时，来自有机分子（如吡啶）的拉曼信号大大增强[1–3]。 尽管出现了几种理论来解释这种现象，但如今人们普遍认为增强机制并非一种：电磁增强机制占主导地位，而化学机制占增强的一小部分。
使用由贵金属（通常是银或金）制成的粗糙化的纳米金属基底，可以实现电磁增强。这是由于，当激光激发样品和纳米材料的复合物时，会发生局域表面等离子共振（上图），简称LSPR（localized Surface Plasmon Resonance）。在这种条件下，激光激发辐射和样品的散射辐射都会被放大。从理论上讲，该电磁增强可以将信号增强至1011倍。同时，化学增强从理论上可增强104倍。通过组合的增强机制，使得SERS能够检测到单个分子的拉曼信号。
纳米增强基底
在过去的二十年中，这些纳米结构的制造已成为学术研究的一个热门领域。 SERS基底可以包括胶体悬浮液、固体纳米球和涂在硅芯片上的金属。当分析物分子置于纳米结构的交界处时，增强作用往往达到较高水平，我们也称为SERS“热点”。因此研究人员可以定制基底的形状和等离子激元的活性，以达到更高的增强水平。
现在已有商业SERS基板可供购买，用于实际应用。这些基板设计为易于使用、灵活和低成本，但可能不如高度有序的基板敏感。我们提供纸基SERS基板和安装在玻片上的芯片基SERS基板。
在与应用科学家讨论后，用户可以确定商用SERS基板是否适合其应用。然而，在其他情况下，可能需要更高的灵敏度来满足应用的检测限值。在这种情况下，需要与从事纳米制造的大学或企业进行合作。
现有常规拉曼谱库是否适用于SERS光谱分析？
图3显示了盐酸芬太尼的正常拉曼光谱与盐酸芬太尼在市售SERS基底上的SERS光谱之间的差异。
芬太尼的正常拉曼光谱比相应的SERS光谱包含更多的峰， SERS波段也比正常拉曼波段更宽。SERS光谱和正常拉曼光谱之间的差异，很大一部分原因是基底造成的。在这种情况下难以使用常规拉曼谱库进行SERS光谱分析。因此，我们鼓励需要SERS应用的用户创建自己的SERS光谱数据库。
芬太尼的正常拉曼光谱比相应的SERS光谱包含更多的峰， SERS波段也比正常拉曼波段更宽。SERS光谱和正常拉曼光谱之间的差异，很大一部分原因是基底造成的。在这种情况下难以使用常规拉曼谱库进行SERS光谱分析。因此，我们鼓励需要SERS应用的用户创建自己的SERS光谱数据库。
在低浓度传感应用中，或荧光干扰拉曼信号的情况下，SERS对于研究人员和实际问题解决者来说都是一种非常宝贵的技术。有关更多信息，请访问我们的网站。
知识拓展
参考文献
[1] D.L. Jeanmaire and R.P. Van Duyne, J. Electroanal, Chem. 84, 1–20 (1977).
[2] M.Fleischmann, P.J.Hendra, and A.J. McQuillan, Chem. Phys. Lett. 26, 163-166 (1974).
[3] M.G. Albrecht and J.A. Creighton, J. Am. Chem. Soc. 99, 5215-5217 (1977).
[4] J.P Camden , J. A. Dieringer, Y. Wang, D.J. Masiello, L.D. Marks, G.C. Schatz, and R.P. Van Duyne, J. Am. Chem. Soc. 130, 12616–12617 (2008).
[5] R. Pilot, R. Signorini, and L Fabris, “Surface-Enhanced Raman spectroscopy: Principles, Substrates, and Applications”. In: Deepak F.L., editor. Metal Nanoparticles and Clusters: Advances in Synthesis, Properties and Applications. Springer; Cham, Switzerland: 2018. pp. 89–164.
[6] J.A. Dieringer, R.B. Lettan, K.A. Scheidt, and R.P Van Duyne, J. Am. Chem. Soc.129, 16249–16256 (2007).
[7] K. Kneipp, Y. Wang, H. Kneipp, L.T. Perelman, I. Itzkan, R.R. Dasari, and M.S. Feld, Phys. Rev. Lett. 78, 1667-1670 (1997).