1、The amino acid is a base unit which makes up the protein structure, The raman signal of protein comes from its amino acid side chain. The Study on amino acid can offer very important information and beneficialfoundation on deepening of the complicated biological system.Key words: surface enhanced ra
2、man scattering; SERS-active silver Surface; L-phenylalanineKey words与摘要之间空一行，“Key words“”加粗，小四顶格书写，1.25倍行距，字符间距为标准，段前、段后均为0行“目录”两个字中间空三个空格（中文，半角），标题1，居中，宋体，三号，加粗，多倍行距1.5，段前0行，段后1行，段前分页。目 录摘 要 IAbstract II第1章 绪论 11.1 引言 11.2 国内外研究进展 11.3 本文研究的目的及内容 21.3.1 论文研究的内容 21.3.2 研究目的 2第2章 吡啶的SERS和L-苯丙氨酸 32.1
3、吡啶 32.2 L-苯丙氨酸 32.2.1 L-苯丙氨酸及其产品形状 32.2.2 L-苯丙氨酸的测定方法 4第3章 实验部分 53.1 实验设备及试剂 53.2 实验过程 53.2.1 银溶胶的制备 53.2.2 银胶SERS增强因子的计算 53.3 结果与讨论 53.3.1 银溶胶紫外-可见吸收光谱及表面增强因子计算 53.3.2 L-苯丙氨酸的拉曼光谱和SERS 7第4章 结论 10目录中内容，小四，宋体，Times New Roman，1.5倍行距、一级标题加粗，字符间距为标准，段前、段后均为0行参考文献 11致 谢 12标题1，居中，宋体，三号，加粗，Times New Roman，
4、多倍行距1.5，段前0行，段后1行，段前分页。第1章 绪论标题2，居左，缩进2字符，宋体，四号，加粗，Times New Roman，多倍行距1.5，段前0行，段后0行。1.1 引言印度物理学家拉曼在1928年发现了光的非弹性散射效应。拉曼散射是光与物质相互作用的一种形式，其实质是光子和散射物质中的分子之间发生了非弹性碰撞1。拉曼光谱技术是以拉曼效应为基础建立起来的分子结构表征技术2。其特点是：可以对微量样品进行无损原位检测，检测灵敏度高，时间短，样品无须制备，不受水的干扰，对粉末样品、液体、气体、单晶测试方便。1974年Fleischman等人首次报道了吸附在电化学粗糙化的银电极表面吡啶分子
5、的表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scatering，SERS）效应。与常规拉曼光谱技术相比，SERS光谱技术具有可消减荧光、灵敏度高及适合研究界面效应等特点，可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息。但是SERS光谱技术受到激发光源光强的稳定性等一般因素的影响，基底重现性难于控制，难于寻找到合适的内标或外标用于实际样品测量，离真正的实际分析应用还有一定距离。1.2 国内外研究进展SERS自发现后的30多年，其应用和理论研究发展相当迅猛。然而，由于SERS效应极大地依赖于粗糙化表面或具有合适粒径的纳米颗粒，这决定了它无法用于表面光滑的物质（如单晶和半导体）的研究
6、。而且，目前发现的具有SERS活性的基底材料仅限于少数儿种过渡金属（Au，Ag， Cu， Fe， Co， Ni， Pt，Rh， Pd， Zn等），使得SERS技术很难用于研究其他不具有SERS活性的物质。此外，SERS基底的微观环境非常复杂，造成了SERS效应的理论研究变得及其困难5，以至于目前尚无一种能够对实验中所观察到的各种SERS现象进行解释的成熟的SERS理论。这些都严重地限制了SERS技术的发展。为了使拉曼光谱增强效应摆脱表面粗糙化的具有SERS活性的基底的限制，能够研究表面光滑的或不具有SERS活性的物质，几个国家的研究组于2000年将扫描探针显微技术（Scanning Probe
7、 Microscopy, SPM）和拉曼光谱联用，并在很接近的时间内都提出了针尖增强拉曼光谱技术（Tip-Enhanced Kaman Spectroscopy，TERS）6。他们的研究成果表明，TERS技术不仅可以研究表面光滑的和不具有 SERS活性的物质，而且还可以获得很高的空间分辨率。另外，由于TERS使用的探针结构相对简单，只是一个很尖的金属针尖，这就使拉曼光谱增强理论的研究变得相对简单一些。作为SERS的一个分支，TERS的应用和理论研究还很不成熟，仍有很大的发展空间7。在应用方面，研究者们利用SERS技术测量分子的拉曼光谱，建立完核的拉曼光谱库，并应用拉曼光谱的指纹特性研制各种探测
8、器等。为解释SERS现象，研究者们从不同的角度对其增强机理作了阐述，提出的理论模型主要集中在与增强基底的表面形态相关的电磁增强机理和与产生SERS效应的吸附分子相关的化学增强机理两个方面。1.3 本文研究的目的及内容标题3，居左，缩进2字符，宋体，小四号，加粗，Times New Roman，多倍行距1.5，段前0行，段后0行。1.3.1 论文研究的内容本论文的主要工作是研究L-苯丙氨酸表面增强拉曼光谱。主要包括以下几方面的内容：（1）以银溶胶为活性基底，测试氨基酸在不同条件下的表面增强拉曼光谱。对比氨基酸固体的常规拉曼光谱与其表面增强拉曼光谱的差异，推测氨基酸分子在银溶胶基底上的吸附方式。（
9、2）分析各种条件：包括pH值、溶液浓度、卤离子对对氨基酸SERS的影响。（3）对氨基酸SERS光谱的规律进行总结与理论探讨。1.3.2 研究目的胶体科学的研究已有100多年的历史，金属胶体的应用已涉及到分子生物学、医学等多个领域10。近十多年来，人们发现金属胶体可以作为一种高效率的吸附衬底，使吸附分子的拉曼信号获得1051010倍的增强，特别是银溶胶和金溶胶，以此为衬底已经获得了多种分子高质量的表面增强拉曼散射（SERS）光谱，并广泛用于SERS增强机制和应用研究中。由于金属溶胶是一种方便、有效、灵敏度很高的吸附衬底，同时在激光照射下金属溶胶中不存在象其它衬底那样的光损伤，因而它一直深受理论和
10、实验工作者的重视。本研究采用氧化还原法，用硝酸银和硼氢化钠制备黄色的银溶胶。以该银溶胶为活性基底进行L-苯丙氨酸在各种不同条件下的表面增强拉曼光谱研究，分析对比不同氨基酸的表面增强拉曼光谱，研究其吸附机理，总结其中的规律从而建立适当的理论模型。第2章 吡啶的SERS和L-苯丙氨酸1974年Fleischmann等人发现吸附在粗糙化的Ag电极表现的吡啶分子具有巨大的拉曼散射现象，加之活性载体表面选择吸附分子对荧光发射的抑制，使激光拉曼光谱分析的信噪比大大提高，这种表面增强效应被称为表面增强拉曼散射（Surface-Enhance Raman Scattering，简称SERS）。表面增强拉曼散射
11、，简单地讲，就是当某些分子吸附经过特殊处理的金属、金胶以及其他一些物质的表面时，其拉曼散射的强度会增强105106倍。2.1 吡啶吡啶在结构上可看作是苯环中的-CH=被-NH=取代而成。5个碳原子和一个氮原子都是sp2杂化状态，处于同一平面上，相互以键连接成环状结构。每一个原子各有一个电子在p轨道上，p轨道与环平面垂直，彼此“肩并肩”重叠形成一个包括6个原子在内的，与苯相似的闭合共轭体系。氮原子上的一对未共用电子对，占据在sp2杂化轨道上，它与环平面共平面，因而不参与环的共轭体系，不是6电子大键体系的组成部分，而是以未共用电子对形式存在，如图2-1所示。图标，居中，宋体，五号，Times Ne
12、w Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。图，居中图2-1 吡啶分子结构2.2 L-苯丙氨酸2.2.1 L-苯丙氨酸及其产品形状苯丙氨酸化学名称为-氨基-苯丙酸，分子式为C6H5C2H3（NH2）COOH，分子量为165.19，苯丙氨酸的商品主要有L-苯丙氨酸、D-苯丙氨酸和DL-苯丙氨酸，其中以L-苯丙氨酸最为重要。L-苯丙氨酸的化学名称为L-氨基-苯丙氨酸，英文名称L-Phenylalanine（简称L-Phe）。其分子结构式如图2-4所示。L-Phe为白色结晶或结晶性粉末固体、味略苦、熔点283（分解）、比旋光度-35.1o，减压升华、溶于水、难溶于甲醇、乙醇和乙醚。图2-4
13、 L-Phe分子结构2.2.2 L-苯丙氨酸的测定方法L-苯丙氨酸作为新生儿血液中的一项重要指标已越来越多地受到人们的重视。通过对新生儿血液中苯丙氨酸含量的测定能及时发现和治疗苯丙酮尿症（PKU），这种疾病会导致婴儿发生痴呆和白化症状，目前美国和其它几个国家已把它作为新生儿的一项必测指标。另外，氨基酸作为构成蛋白质的主要成分， 广泛存在于各种生物体中。氨基酸分析在蛋白质化学、 生物化学乃至整个生命科学中占有很重要的地位。目前，专用氨基酸分析仪对氨基酸分析准确度高，专属性强、分析分析费用较高，而利用荧光法、色谱、分光光度等方法均可进行L-Phe的定量测量。但这些方法操作复杂、反应时间长，难以符合
14、临床大量样品迅速测定的要求。第3章 实验部分3.1 实验设备及试剂Q65000型激光拉曼光谱仪（美国海洋公司）。激发光源为美国海洋公司生产的RSI LASER 1004型半导体激光器（784.5nm，100mW），信号收集和转换为光谱仪，波数范围为02000cm-1。激光经光纤传输后照射到被测样品，收集其散射信号后经光纤传送到光谱仪，对其峰位及强度进行测试。结果由光谱仪连接的微机显示。U2800紫外-可见分光光度计（日本日立），78HW-3恒温磁力搅拌器。硝酸银、硼氢化钠、氢氧化钠、氯化钾、吡啶等均为分析纯，超纯水。3.2 实验过程3.2.1 银溶胶的制备银溶胶按氧化还原法制备。将10mL浓度
15、为10-3mol/L的硝酸银（AgNO3）溶液，逐滴加入到置于冰水中的30mL浓度为210-3mol/L剧烈搅拌的硼氢化钠（NaBH4）溶液中，滴加完后继续搅拌1h，使过量的硼氢化钠分解，可制得黄色透明银溶胶。按该方法配置的银溶胶化学性质稳定，避光密封保存数周仍稳定，其紫外-可见吸收光谱无明显变化。但由于银溶胶属于高度分散体系，比表面很大，因而热力学上有自发聚结的趋势以降低体系的自由表面能，所以银溶胶最好是现配现用。3.2.2 银胶SERS增强因子的计算（1）准确配置0.01 mol/L氯化钾溶液、5mol/L和0.05mol/L吡啶溶液。（2）实验时将配置好的0.05mol/L吡啶溶液与黄色
16、银溶胶按照等比混合。（3）加入适量0.015mol/L氯化钾溶液，将三者混合均匀后进行测试。0.05mol/L吡啶溶液直接进行常规拉曼光谱测试。3.3 结果与讨论3.3.1 银溶胶紫外-可见吸收光谱及表面增强因子计算（1）银溶胶的紫外-可见吸收光谱如图3-1所示，所制备银溶胶的最大吸收峰位于395nm，该峰为银粒子的等离子体的吸收峰。长波方向没有其它峰出现，说明所制备的银溶胶分散性比较好，不发生凝聚。395m处吸收峰的半峰宽小于60mn，说明所制备的银溶胶粒子的粒径基本上分布在一个相当窄的范围内。因此，所制备的银溶胶适合用作SERS活性基底。图3-1 银溶胶的紫外-可见吸收光谱图（2）吡啶水溶
17、液的拉曼光谱及SERS图3-2是5mol/L吡啶水溶液的拉曼光谱图。图3-2 5mol/L吡啶水溶液的拉曼光谱图3-3为0.05mol/L吡啶和0.01mol/LKCl水溶液混合体系的表面增强拉曼光谱图。图3-3 0.05mol/L吡啶水溶液的SERS图由图2-2和图2-3，可以看到吡啶在1000、1033、1069、1151和1217cm-1处的拉曼特征峰均得到了增强，其峰位分别移动到了1007、1037、1068、1153和1220cm-1。这是由于吡啶分子与银溶胶粒子发生了吸附而产生增强作用，并使吡啶分子的振动频率发生位移。（3）银溶胶SERS增强因子的计算公式，用公式编辑器，居中，标识
18、（3-1）居右，宋体，小四号，Times New Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。根据增强因子的一般定义12 （3-1）其中：iSERS，ISERS，NSERS分别是单个分子吸附在衬底表面的拉曼散射强度、所有对增强有贡献的分子吸附在衬底表面的总的拉曼散射强度、对增强有贡献的总分子数。ifree，Ifree，Nfree分别是单个自由分子的拉曼散射强度、所有自由分子的总的拉曼散射强度、自由分子的总分子数。由图3-2和图3-3可以得到：Itee=5.9104a.u.，ISERS=6.1103a.u.。NSERS （3-2）A1为激光束的散射截面面积，ns为吸附密度，R为粗糙度因子，
19、m为吸附层数。单个嘧啶分子在表面吸附时大约占据33A2的表面积12，可以估算出ns =31014个/cm2。通过文献中俄歇谱、光发射谱以及粘性系数数据13，可以估算出RM=10。 3.3.2 L-苯丙氨酸的拉曼光谱和SERS（1）L-苯丙氨酸的拉曼光谱和SERS图3-4、3-5为浓度为110-3moL的L-苯丙氨酸的拉曼光谱和SERS。不同分子的表面增强拉曼光谱与其常规拉曼光谱相比变化的大小程度是不一样的。有些分子的两种光谱在频率位移和峰型上都没有显著的变化，表明吸附对分子振动能量的影响是较小的，即被吸附分子与活性基底之间的键是较弱的;有些则有较多、较大的频率位移变化，光谱上峰的相对强度也不同
20、于原来的正常拉曼光谱，甚至出现了新的振动模式13。吸附分子振动频率的变化反映了活性基底与分子相互作用的程度，不同振动模式的变化给出了增强机制的信息14。总之，可以根据吸附分子振动频率的变化研究其吸附机理，推测吸附分子在活性基底上的吸附取向与吸附方式。因此，本文研究了L-Phe常规拉曼光谱及其在银溶胶中的SERS光谱，通过对两种谱图的对比与解析，探讨了L-Phe在银溶胶中的吸附规律与增强机制。图3-4 L-Phe（110-3moL/L，pH=8）的常规拉曼光谱图3-5 L-Phe（110-3moL/L，pH=8）的SERS光谱由图可以看出：L-Phe在银溶胶中的SERS光谱与其常规拉曼光谱主要的
21、峰位置基本一致，但是峰的强度有明显变化，其中一些峰有一定频移。拉曼特征频率及指认列于表3-1。表标，居中，宋体，五号，Times New Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。表3-1 L-Phe的主要峰位（cm-1）与归属纯固体谱带SERS谱带谱带归属527m511wC6H5-C面内弯曲622627环内C-C扭曲变形，COO-摇摆三线表，居中，宋体，五号，Times New Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。834831CH2摇摆854859NH2变形1 006vs1 005环内C-C对称伸缩1 0351 028环内CH平面变形1 1661 169C-N伸缩1 1
22、871 190NH2摇摆1 2171 212环呼吸1 309s1 4151 420COO-对称伸缩振动1 4481 442CH2剪式振动1 4981 499NH2对称变形1 5871 588环内CC伸缩1 6121 614注：vs，很强的峰；s，强峰；m，中等强度的峰；w，弱峰。表标注，居左，宋体，五号，Times New Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。第4章 结论本文利用Q65000激光拉曼光谱仪分别获得L-Phe溶液常规拉曼光谱和银溶胶L-Phe溶液表面增强拉曼光谱（SERS）。对比分析可得如下结论。（1）利用硝酸银（AgNO3）与硼氢化钠（NaBH4）的氧化还原法，成
23、功地制备了具有较好增强效果的银溶胶。其紫外-可见吸收光谱图表明，所制备银溶胶分散性比较好，不发生凝聚，且银溶胶粒子的粒径基本上分布在一个相当窄的范围内。利用吡啶对银溶胶的增强因子进行估算其值为106。（2）利用银溶胶获得了浓度为110-5mo1/L L-Phe溶液的SERS谱图，与常规拉曼光谱相比，SERS峰强和峰位均有一定变化。（3）L-Phe溶液浓度为210-2mo1/L时，SERS强度呈先增大后减小的变化趋势，当浓度为1参考文献1 孙献文, 朱纪春, 张振龙, 等. 激光蚀刻银胶的制备及其SERS的应用J. 光散射学报, 2003, 15（3）: 123-1262 杜勇, 方炎. 激光烧
24、蚀法制备的纳米金属胶体及表面的特性研究J.光散射学报, 2003,15（1）: 22-263 李小灵, 徐蔚青, 张俊虎, 等. 一种新型表面增强拉曼活性基地的制备方法J. 高等学校化学学报, 2003,24（11）: 2093-20944 陈万喜, 徐清华, 将化. 表面增强拉曼光谱研究吸附态的变化J. 分析科学学报, 1998,14（4）: 226-2315 王永霞, 薛奇. 表面增强拉曼光谱研究吸附态的变化J. 分析科学学报, 1995,1:5-106 R.Perez, A.Ruperez, E.Rodriguez-Castellon. Study of experimental par
25、ameters for improved adsorbate detectability in SERS using etched silver substratesJ.Surface and Interface Analysis, 2000, 30: 592-596参考文献，居左，两端对齐，宋体，五号，Times New Roman，多倍行距1.25，段前0行，段后0行。致 谢本文的研究工作是在我的导师的精心指导下完成的，在我的学业和论文的研究工作中，导师倾注了许多辛勤的汗水和心血。导师严谨的治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了许多做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意！感谢我的家人，他们对我的爱与关怀是如此的无私！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！
