微腔型银修饰光纤SERS探针的制备及性能研究

作     者：付兴虎 王振兴 马双玉 赵飞 芦鑫 付广伟 金娃 毕卫红 FU Xing-hu;WANG Zhen-xing;MA Shuang-yu;ZHAO Fei;LU Xin;FU Guang-wei;JIN Wa;BI Wei-hong

作者机构：燕山大学信息科学与工程学院河北省特种光纤与光纤传感重点实验室河北秦皇岛066004 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2021年第41卷第9期

页      面：2800-2806页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0703[理学-化学] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(61675176,61575170) 燕山大学博士基金项目(B771) 燕山大学“新锐工程”人才支持计划项目资助 

主　　题：光纤光学 光纤探针 表面增强拉曼散射 磁控溅射法 罗丹明6G 

摘      要：提出了一种基于银修饰的微腔型光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针,采用湿法检测,将光纤SERS探针直接放入待测溶液中,以罗丹明6G(R6G)溶液为探针分子,对所制备的光纤SERS探针进行远端实验性能研究。利用氢氟酸化学腐蚀的方法制备了一种微腔型光纤结构,通过控制氢氟酸的腐蚀时间得到了一系列不同腐蚀时间、不同微腔长度的光纤结构。实验研究了光纤结构的微腔长度对光纤SERS探针性能的影响,以浓度为10-3 mol·L^(-1)的R6G溶液为探针分子,通过不断地优化纳米银溶胶与R6G溶液的混合顺序及比例,采用裸光纤微腔结构对混合溶液进行拉曼检测,发现当混合溶液的混合顺序及比例为先后混合等体积的纳米银溶胶和R6G溶液时,此时得到的混合溶液的拉曼信号增强性能最佳。利用得到的混合溶液去寻找拉曼信号增强效果最高时光纤微腔结构的结构参数,实验结果表明,在相同的实验条件下,当光纤放入氢氟酸中腐蚀时间为5 min时,此时光纤微腔结构的拉曼信号增强效果最佳。在显微镜下测量的多组腐蚀时间为5 min的光纤,其微腔长度平均约为81μm。对得到的光纤微腔结构,采用制备过程可控的磁控溅射技术制备了一系列银纳米薄膜/多模光纤(Ag/MMF)的复合材料。当磁控溅射时间为10 min时,获得了光纤SERS探针(Ag/MMF-10)。实验以去离子水配制了不同浓度的R6G溶液,以不同浓度的R6G溶液为探针分子,Ag/MMF-10探针的远端检测限(LOD)低至10^(-7) mol·L^(-1)。该光纤SERS探针拉曼信号的再现性光谱检测中显示各个特征峰的相对标准偏差(RSD)均小于10%。同时,该光纤SERS探针对浓度为10^(-6) mol·L^(-1)的R6G溶液的增强因子(AEF)可高达2.64×10^(6)。实验结果表明所制备的银修饰的光纤SERS基底具有较高的灵敏度和良好的再现性。因此,该光纤SERS探针在生物医学检测、农残化学分析等痕量检测方面有潜在的应用价值。