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金属表面增强红外材料的制备及研究应用

作　者: 张小俊
导　师: 姚杰
学　校: 南京师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 表面增强红外光谱表面活性剂可控形貌铜纳米粒子增强机理
分类号: O657.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

金属纳米薄膜因具有特殊的光学性质,使吸附在其表面上的分子的红外吸收得以增强,产生表面增强红外吸收(SEIRA)效应。金属纳米颗粒的形状、尺寸决定了薄膜的SEIRA效应,因此制备可控形状大小的金属纳米薄膜对SEIRAS至关重要。Ag, Au,由于其广泛的应用和稳定性而被大量研究,但是其价格昂贵,而铜由于价格便宜常用来替代金银的使用。本文以金属铜为沉积金属,制备了表面增强红外活性基底。应用红外光谱仪,拉曼光谱仪,扫描电子显微镜等对制备的基底进行了表征,对增强机理进行了初步的探讨,并将制备的基底应用到生物化学样品的检测中。主要研究内容如下：1.利用电化学沉积法,化学沉积法分别在ITO导电玻璃和金属Ge片上沉积金属铜纳米粒子,以二巯基丁二酸为探针分子,利用红外光谱仪检测其红外光谱,研究其增强效果。探讨了不同制备条件对所制备活性基底增强效果的影响,摸索了利用表面活性剂制备可控形貌的纳米铜膜的规律。结果表明电化学沉积法的最佳制备条件为：10-1mol/1CuSO4,7.2ml二乙醇胺为表面活性剂,电压为2v,时间为30s,pH为6.53时所制备的铜纳米粒子具有最好的增强效果；化学沉积法的最佳制备条件为：10-3mol/1CuSO4,以1m1三乙醇胺为表面活性剂,沉积时间为8h时所制备的铜纳米粒子有最强的增强效果。2.以邻硝基苯胺和二巯基丁二酸为探针分子,分别考察了它们在所制备的铜纳米粒子上的表面增强红外光谱,发现邻硝基苯胺在电化学沉积法制备的铜纳米粒子上有增强效果且峰位未发生变化,乙醇清洗后观察不到信号,其增强原因可能是电磁场作用和物理吸附,而在化学沉积法制备的铜纳米粒子上观察不到信号,无增强效果；二巯基丁二酸分子在电化学沉积和化学沉积制备的铜纳米粒子上都有红外增强效应,但红外光谱的峰位发生了变化,且用乙醇清洗后仍有增强效果,由此推测其产生增强的主要原因是电磁场作用和和化学吸附。通过扫描电子显微镜表征制备的铜纳米粒子的形貌,结果显示：在电解液中添加表面活性剂(三乙醇胺,二乙醇胺),通过调节电解液的pH值,可制得可控形貌的铜纳米粒子。在pH接近中性及偏碱性的条件下,铜纳米粒子的形状为球形,实验中发现继续增大pH至9-10时粒子仍为球形；在pH值为6.80时,纳米粒子小球开始部分粘接；随着pH值继续减小,铜纳米粒子由球形变为块体并出现堆积,最后在pH为3.13时,铜纳米粒子的形状变为类枝状。实验中发现,对于探针分子邻硝基苯胺并非所制得的各种形貌的铜纳米粒子均有表面增强效应,只有用二乙醇胺作为表面活性剂,pH为6.53时所制备的铜纳米粒子具有最好的增强效果。该方法制备的铜纳米粒子分布较为均匀分散,粒径在300nm左右。用二巯基丁二酸作为探针分子,考察了化学沉积法所制备的铜纳米粒子的表面增强效应。结果表明：材料的表面增强红外效应受入射光和入射角影响,因此用于衰减全反射检测的SEIRA材料和用于透射检测的SEIRA材料无论是材料的厚度还是形貌上均有不同。本实验中发现采用化学沉积法所制备的铜粒子,对于AIR增强效果最好的铜膜材料的粒子尺寸在100nm左右,而用于透射测量的粒子尺寸在500nm左右。3.利用红外衰减全反射法对不同环境中的牛血清白蛋白溶液进行表征,结合红外差示法对结果进行分析,结果表明利用红外衰减全反射法可以很好的应用于生物蛋白样品的检测与分析。同时利用化学沉积法所制备的铜纳米粒子作为表面增强红外活性基底对不同浓度的蛋白溶液及癌细胞进行了表征,结果表明所制备的基底对吸附分子具有增强效果,但如果吸附分子与活性基底间有化学作用,则只能用于检测有无这些分子而不能对这类分子进行结构分析。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-8
目录  8-10
第1章绪论  10-28
  1.1 红外光谱技术简介  10-13
  1.2 表面增强红外吸收光谱  13-21
    1.2.1 表面增强红外光谱的发现  13-15
    1.2.2 表面增强红外光谱的增强机理  15-21
  1.3 SEIRA基底的制备  21-24
    1.3.1 表面增强红外基底的选择  21-22
    1.3.2 表面增强红外活性基底的制备方法  22-24
  1.4 表面增强红外光谱的应用  24-26
    1.4.1 分析化学中的应用  24
    1.4.2 表面催化领域的应用  24-25
    1.4.3 生物化学中的应用  25
    1.4.4 金属的腐蚀与缓蚀中的应用  25
    1.4.5 表面光化学及催化反应中的应用  25
    1.4.6 超薄薄膜的SEIRA  25-26
  1.5 本论文的选题依据、意义及主要工作  26-28
    1.5.1 本论文的选题依据和意义  26
    1.5.2 本论文的主要工作  26-28
第2章形貌可控的纳米金属铜的制备及表征  28-45
  2.1 前言  28-29
  2.2 实验部分  29-31
    2.2.1 实验试剂及仪器  29
    2.2.2 实验方法  29-31
  2.3 结果与讨论  31-44
    2.3.1 电化学沉积法制备表面增强红外材料的评估  31-32
    2.3.2 电化学沉积法制备铜纳米薄膜条件的探讨  32-37
    2.3.3 化学沉积法制备表面增强红外材料的评估  37-38
    2.3.4 化学沉积法制备铜纳米薄膜条件的探讨  38-44
  2.4 结论  44-45
第3章表面增强红外光谱机理的初步探讨  45-69
  3.1 前言  45-46
  3.2 表面增强红外光谱机理的研究及影响因素  46-55
  3.3 实验部分  55-57
    3.3.1 实验试剂及仪器  55-56
    3.3.2 实验方法  56-57
  3.4 结果与讨论  57-67
    3.4.1 探针分子的红外光谱图  57-59
    3.4.2 表面增强红外光谱机理探讨  59-67
  3.5 结论  67-69
第4章表面增强红外光谱在生物化学中的应用  69-79
  4.1 前言  69-70
  4.2 实验部分  70-71
    4.2.1 实验试剂与仪器  70
    4.2.2 实验方法  70-71
  4.3 结果与讨论  71-78
    4.3.1 ATR-FTIR对蛋白质溶液的测量  71-74
    4.3.2 活性基底对蛋白质的检测  74-76
    4.3.3 活性基底对细胞的检测  76-78
  4.4 结论  78-79
参考文献  79-91
结论与展望  91-93
在读期间发表的学术论文及研究成果  93-94
致谢  94

金属表面增强红外材料的制备及研究应用

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