CN111830004A - 一种检测拉曼信号的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光拉曼检测技术领域，尤其涉及一种检测拉曼信号的方法，包括：将混合溶液滴加于待检测芯片上，待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液；将滴加有混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为上下电极板施加电压；将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号，使得滴加的混合溶液中酸性或碱性溶液中的分子在电解质溶液的作用下发生电离而带上电荷，在电场作用下，该分子能够沿着电场线或电场线相反方向运动，使得大量待测分子距离待检测芯片越近，且数量越多，拉曼信号越强，使得拉曼检测仪可以检测到增强的拉曼信号。
Description
技术领域
本发明涉及激光拉曼检测技术领域，尤其涉及一种检测拉曼信号的方法
背景技术
表面增强拉曼散射(SERS)是通过制备等离子体纳米结构来放大与生俱来就很弱的拉曼信号，通常情况下利用拉曼光谱技术能对物质成分进行鉴定，但是，由于很多化学物质直接通过拉曼光谱无法检测出信号，需要通过拉曼增强技术，提高拉曼信号信噪比，从而检测出待检物质的拉曼信号。
由于表面增强拉曼散射技术具有极高的灵敏度，独一无二的指纹光谱，非破坏性的数据收集等这些特点成为目前最具前景的分析手段之一。目前，表面增强拉曼散射技术是通过制备各种各样的基底结构实现增强拉曼信号的，但是制备高灵敏的基底结构工艺复杂，均匀性差，成本高，难以批量生产。
因此，如何通过简便的方法增强拉曼信号是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的检测拉曼信号的方法。
本发明实施例提供了一种检测拉曼信号的方法，包括：
将混合溶液滴加于待检测芯片上，所述待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，所述混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液；
将滴加有所述混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为所述上下电极板施加电压；
将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
进一步地，所述将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对所述上下电极板施加电压后，将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
进一步地，所述将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对所述上下电极板施加电压过程中，将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
进一步地，所述衬底具体采用如下任意一种材料：
硅、二氧化硅、黑硅、多孔氧化铝模板、二氧化钛、石墨烯、无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和胶带。
进一步地，所述金属纳米粒子具体为单一金属纳米粒子和/或合金纳米粒子：
所述单一金属纳米粒子具体为金纳米粒子、银纳米粒子、或铜纳米粒子；
所述合金纳米粒子包含金、银、铜中至少两种金属；
所述金属纳米线具体为金纳米线、铜纳米线、或银纳米线。
进一步地，所述金属纳米粒子的形状具体为如下任意一种：
星型、六边形和圆形。
进一步地，所述待测分子具体为如下任意一种物质的分子：
R6G、孔雀石绿和亚甲蓝。
进一步地，所述电解质溶液具体为如下任意一种：
稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸和氯化钠。
进一步地，所述对所述上下电极板施加电压时所施加的电压范围在1V～3V之间，施加电压的时长在10min～30min之间。
进一步地，所述上下电极板具体采用如下任意一种材料：
铜、铁、铝和氧化钛。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种检测拉曼信号的方法，采用在待检测芯片上滴加混合溶液，待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，该混合溶液是包含待测分子的电解质溶液，然后将该滴加有混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，对上下电极板施加电压，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号，采用上述的检测方式，在上下电极板上施加电压产生电场，使得待测分子在电解质溶液的作用下发生电离而带上电荷，在上下电极板的电场作用下，该分子能够沿着电场线或电场线相反方向运动，使得大量分子聚集在待检测芯片上，由于，通过电场的作用使得待测分子与待检测芯片的距离变小，而且，在待检测芯片的预设距离范围内聚集了大量的待测分子，通过物理增强机理使得拉曼信号增强，同时，由于在电场的作用下该待测分子与待检测芯片距离变小，该待测分子与待检测芯片衬底上的金属纳米粒子形成键或发生电荷转移，通过化学增强机理使得拉曼信号增强，使得拉曼检测仪可以检测到待检测芯片增强的拉曼信号。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例一中的检测拉曼信号的方法的步骤流程示意图；
图2示出了本发明实施例一中的检测拉曼信号采用的装置的结构示意图；
图3示出了本发明实施例二中的检测拉曼信号的方法的步骤流程示意图；
图4示出了本发明实施例二中的检测拉曼信号采用的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
拉曼散射效应是个非常弱的过程，一般其光强仅约为入射光强的10-10，所以，拉曼信号很弱，无法通过拉曼检测仪直接检测到。
本发明实施例提供了一种检测拉曼信号的方法，包括：将混合溶液滴加于待检测芯片上，待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液；将滴加有混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为上下电极板施加电压；将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号。
该检测拉曼信号的方法包括两种实施方式，一种是将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对上下电极板施加电压后，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号。
另一种是将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对上下电极板施加电压的过程中，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号。
具体的通过如下实施例进行详细描述。
实施例一
本发明实施例一提供了一种检测拉曼信号的方法，如图1所示，包括：S101，将混合溶液滴加于待检测芯片上，该待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，该混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液；S102，将滴加该混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为上下电极板施加电压；S103，在对上下电极板施加电压后，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号。
在一种可选的实施方式中，该待检测芯片的衬底上沉积金属纳米粒子或金属米线。
其中，该衬底具体采用如下任意一种材料：硅、二氧化硅、黑硅、多孔氧化铝模板、二氧化钛、石墨烯、无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和胶带。本发明实施例中并不仅限于上述的材料。
该金属纳米粒子具体为单一金属纳米粒子和/或合金纳米粒子。其中，该单一金属纳米粒子具体为金纳米粒子、银纳米粒子、或铜纳米粒子；该合金纳米粒子包含金、银、铜中至少两种金属。合金纳米粒子具体有金和银的合金纳米粒子、金和铜的合金纳米粒子、银和铜的合金纳米粒子、金、银、铜的合金纳米粒子。
比如，可以在该衬底上沉积金纳米粒子、或者金和铜的合金纳米粒子，还可以是既有金纳米粒子，又有金和铜的合金纳米粒子。
另外，该金属纳米线具体为金纳米线、银纳米线、铜纳米线中的任意一种。因此，在该衬底上还可以沉积金纳米线、银纳米线、铜纳米线中的任意一种。
该金属纳米粒子的形状具体为如下任意一种：星型、花型、六边形和圆形。其中，星型可以是五角星、六角星等等。花型具体可以是边缘棱角均匀的形状。
在一种可选的实施方式中，该待测分子具体为如下任意一种物质的分子：R6G、孔雀石绿和亚甲蓝。优选的是R6G，该R6G可以调为溶液，其中，该溶液的浓度为10-5M，该浓度并不做具体限定。
在本发明实施例中，该电解质溶液具体为如下任意一种：稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸中氯化钠。优选的是稀盐酸。
在S101，将该混合溶液滴加于待检测芯片上之后，执行S102，将滴加有混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为该上下电极板施加电压。如图2所示，为滴加了混合溶液的待检测芯片A置于上下电极板L1和L2之间，通过电源为上下电极板L1和L2施加电压的示意图。
具体地，该上下电极板具体采用铜、铝、铁或氧化钛等导电材料。优选采用铜。
上述滴加于待检测芯片上的混合溶液中，待测分子在电解质溶液的作用下发生电离而带上电荷，在上下电极板的电场作用下，该分子能够沿着电场线或电场线相反方向运动，使得大量分子聚集在待检测芯片上，由于，通过电场的作用使得待测分子与待检测芯片的距离变小，而且，在待检测芯片的预设距离范围内聚集了大量的待测分子，通过物理增强机理使得拉曼信号增强，同时，由于在电场的作用下该待测分子与待检测芯片距离变小，该待测分子与待检测芯片衬底上的金属纳米粒子形成键或发生电荷转移，通过化学增强机理使得拉曼信号增强。
因此，在S103的过程中，在对上下电极板施加电压后，将该待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得该待检测芯片的拉曼信号。即在施加预设时长的电压后，通过拉曼检测仪能够检测获得该待检测芯片增强的拉曼信号。
在一种可选的实施方式中，对该上下电极板施加的电压范围在1V～3V之间，具体可以是1V，2V，3V，施加的电压时长在10min～30min之间，具体可以是10min，20min，30min。优选地，在对该上下电极板施加3V电压，且施加电压时长在30min，在施加电压30min之后，还包括将该待检测芯片从所述上下电极板之间取出并吹干，具体吹干的方式可以是自然风干或氮气吹干，然后再通过该拉曼检测仪对该待检测芯片进行检测，获得增强的拉曼信号。
该拉曼检测仪在检测拉曼信号时，采用入射波长为532nm的激光，照射至该待检测芯片表面，检测到散射的拉曼光谱，进而获得增强的拉曼信号。
实施例二
本发明实施例还提供了一种检测拉曼信号的方法，如图3所示，包括：
S301，将混合溶液滴加于待检测芯片上，所述待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，所述混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液
S302，将滴加有所述混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为所述上下电极板施加电压；
S303，在对所述上下电极板施加电压的过程中，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
该方法是在施加电压的同时采用拉曼检测仪进行实时在线的检测。因此，在该上下电极板中的上电极板设置有透光区域，使得激光发射端发射的激光能够透过该透光区域到达待检测芯片上，同时，该待检测芯片的散射光能够经过该透光区域到达接收器，实现拉曼检测仪对待检测芯片的检测，从而获得增强的拉曼信号。
其中，该上电极板设置的透光区域具体为在该上电极板设置有开孔或者该上电极板直接采用透光导电材料，此时，该上下电极板具体采用铜、铝、铁、氧化钛等导电材料，优选采用氧化钛，可以将整个上极板采用透明的氧化钛材料，还可以将该上极板采用铜、铝、铁等导电材料，在该上极板设置开孔，在该开孔处采用透明的导电板，比如，可以是氧化钛(TiO2)。如图4所示，为在上电极板L1上设置开孔，在该开孔处采用透明的导电板，在该上下电极板L1和L2之间的下电极板L2上放置待检测芯片A的结构示意图。
在一种可选的实施方式中，所述待检测芯片的衬底具体采用如下任意一种材料：
硅、二氧化硅、黑硅、多孔氧化铝模板、二氧化钛、石墨烯、无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和胶带。
在一种可选的实施方式中，所述金属纳米粒子具体为单一金属纳米粒子和/或合金纳米粒子：
所述单一金属纳米粒子具体为金纳米粒子、银纳米粒子、或铜纳米粒子；
所述合金纳米粒子包含金、银、铜中至少两种金属；
所述金属纳米线具体为金纳米线、铜纳米线、或银纳米线。
在一种可选的实施方式中，所述金属纳米粒子的形状具体为如下任意一种：
星型、六边形和圆形。还可以采用花型，具体是边缘棱角均匀的形状。
在一种可选的实施方式中，所述待测分子具体为如下下任意一种物质的分子：
R6G、孔雀石绿和亚甲蓝。
在一种可选的实施方式中，所述电解质溶液具体为如下任意一种：
稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸和氯化钠。
在一种可选的实施方式中，所述对所述上下电极板施加电压时所施加的电压范围在1V～3V之间，施加电压的时长在10min～30min之间。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种检测拉曼信号的方法，采用在待检测芯片上滴加混合溶液，待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，该混合溶液是包含待测分子的电解质溶液，然后将该滴加有混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，对上下电极板施加电压，将待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得待检测芯片的拉曼信号，采用上述的检测方式，在上下电极板上施加电压产生电场，使得待测分子在电解质溶液的作用下发生电离而带上电荷，在上下电极板的电场作用下，该分子能够沿着电场线或电场线相反方向运动，使得大量分子聚集在待检测芯片上，由于，通过电场的作用使得待测分子与待检测芯片的距离变小，而且，在待检测芯片的预设距离范围内聚集了大量的待测分子，通过物理增强机理使得拉曼信号增强，同时，由于在电场的作用下该待测分子与待检测芯片距离变小，该待测分子与待检测芯片衬底上的金属纳米粒子形成键或发生电荷转移，通过化学增强机理使得拉曼信号增强，使得拉曼检测仪可以检测到待检测芯片增强的拉曼信号。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种检测拉曼信号的方法，其特征在于，包括：
将混合溶液滴加于待检测芯片上，所述待检测芯片的衬底上沉积有金属纳米粒子或金属纳米线，所述混合溶液具体为包含待测分子的电解质溶液；
将滴加有所述混合溶液的待检测芯片置于上下电极板之间的下电极板上，为所述上下电极板施加电压；
将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对所述上下电极板施加电压后，将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号，具体包括：
在对所述上下电极板施加电压过程中，将所述待检测芯片通过拉曼检测仪进行检测，获得所述待检测芯片的拉曼信号。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底具体采用如下任意一种材料：
硅、二氧化硅、黑硅、多孔氧化铝模板、二氧化钛、石墨烯、无纺布、聚甲基丙烯酸甲酯和胶带。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属纳米粒子具体为单一金属纳米粒子和/或合金纳米粒子：
所述单一金属纳米粒子具体为金纳米粒子、银纳米粒子、或铜纳米粒子；
所述合金纳米粒子包含金、银、铜中至少两种金属；
所述金属纳米线具体为金纳米线、铜纳米线、或银纳米线。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属纳米粒子的形状具体为如下任意一种：
星型、六边形和圆形。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测分子具体为如下任意一种物质的分子：
R6G、孔雀石绿和亚甲蓝。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解质溶液具体为如下任意一种：
稀盐酸、稀硫酸、稀磷酸和氯化钠。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述上下电极板施加电压时所施加的电压范围在1V～3V之间，施加电压的时长在10min～30min之间。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上下电极板具体采用如下任意一种材料：
铜、铁、铝和氧化钛。
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