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纳米金胶体及金属表面的增强荧光效应研究

作　者: 徐良敏
导　师: 郑海荣
学　校: 陕西师范大学
专　业: 光学
关键词: 表面增强荧光表面等离子体局域电磁场纳米金颗粒金属表面
分类号: O433.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

表面增强荧光是表面增强光谱学领域的一个重要新分支。随着表面增强喇曼散射机理研究的深入以及表面等离子体光子学的形成和发展,越来越多的研究者开始关注表面增强荧光效应。表面增强荧光效应是通过引入特定性质和构型的金属表面,实现分子荧光强度和探测灵敏度的大幅度增加。由于被增强的荧光分子包括各种有机甚至生物荧光分子,因此表面增强荧光效应的研究不仅对表面增强光谱学领域的发展具有重要的科学意义,而且在荧光技术的应用方面,如化学、生物医学、环境检测、食品卫生等方面都有重要的应用前景。近年来迅速发展的纳米材料科学为表面增强荧光技术的研究提供了丰富的衬底资源和制作检测技术。由于产生表面增强荧光效应的体系包括增强衬底和位于衬底表面附近的荧光分子,因此荧光分子的性质、增强衬底的性质和表面构型对于表面增强效应具有重要影响。本论文从理论和实验两个方面研究探索表面增强荧光效应的产生机理和影响荧光增强效应的因素。论文主要分为三个部分：第一部分研究分析表面增强荧光的物理增强机制的研究；第二部分报道金纳米颗粒对水溶液中吖啶橙的荧光增强效应,并对影响增强效应的因素进行分析讨论；第三部分研究金属衬底表面对若丹明6G和吖啶橙的荧光增强效应。第一部分表面增强荧光的物理增强机制的研究有关表面增强荧光效应的研究探讨已有许多报道,并先后提出了多种增强机理以试图理解和解释实验观测到的增强现象。本文将在总结分析已有机理研究的基础上,从物理学的角度出发探索局域场增强、能量转移以及辐射衰减速率增加等理论模型的物理过程和相互关联,分析讨论金属表面等离子体与这些模型的关系以及衬底表面与荧光分子之间的间距变化对增强效果的影响。第二部分金纳米颗粒对水溶液中吖啶橙的荧光增强效应以纳米金胶体颗粒为增强衬底,在具有重要应用前景的水溶液体系中成功观测到了吖啶橙分子荧光信号的表面增强效应,并且探测了表面增强荧光强度对金纳米颗粒分布状况的依赖关系、分子与表面距离变化对于荧光强度的影响规律、以及激发光波长对于增强效应的影响。结果发现,控制合适的间距(金纳米粒子之间的间距和荧光分子与金纳米粒子之间的间距),对得到最佳增强效果至关重要。此外,合适的激发光,能更好地匹配金属衬底的表面等离子体共振吸收,对表面增强荧光效应更加有利。由于纳米金粒子可安全应用于生物标本及医学研究,而作为荧光发色体的吖啶橙则被广泛用于DNA和RNA等的检测,因此,对于该体系表面增强荧光效应的研究结果还将对发展其应用提供实验依据。第三部分金属衬底表面对若丹明6G和吖啶橙的荧光增强效应将荧光分子分别置于固相和液相环境下,实验研究了机械抛光的金属银、铝和铜表面对若丹明6G和吖啶橙分子的荧光增强效应。研究结果表明,银和铝衬底表面均对AO分子具有明显的荧光增强效应,而铜衬底表面对荧光分子则无明显增强效应。应用局域场增强理论分析认为,抛光金属表面荧光增强效应不仅与金属衬底本身的介电性质有关,而且还强烈依赖于金属衬底的表面形貌(颗粒形状和间距)。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 引言  9-10
  1.2 表面增强荧光的理论基础  10-14
    1.2.1 分子荧光光谱理论  10-12
    1.2.2 金属纳米结构的表面等离子体理论  12-14
  1.3 表面增强荧光的实验基础  14-18
    1.3.1 增强衬底及其制作方法  14-16
    1.3.2 荧光探针的性质及分类  16-18
  1.4 荧光分析法的特点与应用  18-21
  1.5 本论文研究的主要内容和创新点  21-23
    1.5.1 主要研究内容  21
    1.5.2 本论文的创新之处  21-23
第2章实验  23-29
  2.1 样品制作(衬底制作、荧光分子的选择)  23-24
  2.2 光谱测量理论  24-25
  2.3 实验设计及注意事项  25-29
第3章表面增强荧光的物理增强机制的研究  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 表面增强荧光的增强机制  29-36
    3.2.1 表面等离子体和荧光分子附近局域场的增强  30-33
    3.2.2 能量转移与等离子体耦合发射  33-35
    3.2.3 辐射衰减工程  35-36
  3.3 结论  36-37
第4章金纳米颗粒对水溶液中吖啶橙的荧光增强效应  37-49
  4.1 引言  37-38
  4.2 实验  38-39
  4.3 结果与讨论  39-47
    4.3.1 分子浓度对于SEF效应的影响  39-42
    4.3.2 金属颗粒间距以及分子-金属表面间距对SEF的影响  42-44
    4.3.3 无增强体系中分子浓度变化对荧光强度的影响  44-47
  4.4 结论  47-49
第5章金属衬底表面对若丹明6G和吖啶橙的荧光增强效应  49-59
  5.1 引言  49-50
  5.2 实验  50-52
  5.3 结果及讨论  52-58
    5.3.1 固液两种不同环境下银、铜和铝表面对Rh6G和AO分子的荧光增强效应  52-55
    5.3.2 金属性质对荧光增强效应的影响  55-57
    5.3.3 金属衬底表面形貌对荧光增强效应的影响  57-58
  5.4 结论  58-59
第7章结论  59-61
参考文献  61-69
致谢  69-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71-72

纳米金胶体及金属表面的增强荧光效应研究

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