更新时间：2024-09-21 00:29
拉曼光谱和红外光谱一样同属于分子振动光谱，可以反映分子的特征结构。但是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。所以拉曼信号都很弱，要对表面吸附物种进行拉曼光谱研究几乎都要利用某种增强效应。
Fleischmann 等人于 1974 年对光滑银电极表面进行粗糙化处理后，首次获得吸附在银电极表面上单分子层吡啶分子的高质量的拉曼光谱。随后Van Duyne 及其合作者通过系统的实验和计算发现吸附在粗糙银表面上的每个吡分子的拉曼散射信号与溶液相中的吡啶的拉曼散射信号相比，增强约6 个数量级，指出这是一种与粗糙表面相关的表面增强效应，被称为表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）效应。
吸附在粗糙化金属表面的化合物由于表面局域等离子激元被激发所引起的电磁增强(即物理增强)，以及粗糙表面上的原子簇及吸附其上的分子构成拉曼增强的活性点(即化学增强)，这两者的作用使被测定物的拉曼散射产生极大的增强效应。其增强因子可达103～107，已发现能产生SERS的金属有Ag，Au，Cu和Pt等少数金属，以Ag的增强效应为最佳，最为常用。此技术具有选择性好和灵敏度高的优点，实际检测限可达10-12克级。可以区分同分异构体、表面上吸附取向不同的同种分子等，是研究表面和界面过程的重要工具，是定性鉴定化学结构相近化合物的有力手段。可用作液相色谱分析的检测器。在环境化学、生物化学中有机化合物的分析已有广泛应用。
表面增强拉曼散射（SERS）：
这是使分子或晶体歌唱声音更强大的另一种方法，换句话说也是检测极少量物质的一种方法，目前人们已开始用这一方法检测单个分子了。1974年，Fleishmann等人发现，当吡啶分子被吸附在适当氧化还原处理过的银电极表面时，该分子的拉曼散射截面增加106倍！这一结果立即在物理、化学、表面界面等研究领域中引起轰动，是什么原因引起这么大的散射增强？那些金属和那些分子可以产生这一效应？这个效应在表面探测、催化、电化学等研究中会有那些应用？这一系列问题立即成了人们研究的热门对象。经过20多年的研究后，人们知道目前除了电极表面之外，人们还在超高真空系统中蒸镀的金属表面上、金属胶体颗粒表面以及普通金属板经过适当的处理后表面上都进行了SERS实验。这些实验不仅为研究SERS机制提供了更多的信息，也为SERS应用提供了更多的可能。关于SERS的机制，经过研究，人们提出了十几种理论模型，目前较普遍的观点是SERS活性的表面往往能产生被增强的局域电场，是金属表面等离子共振振荡引起的，这被称为物理增强。而分子在金属上的吸附常伴随着电荷的转移引起分子能级的变化，或者分子吸附在特别的金属表面结构点上也导致增强，这两种情况均被称为化学增强。物理增强是长程的，化学增强是短程的。但是定量的理论还不成熟，也有人持有很不同的观点，尽管理论上还有争论。然而利用SERS的研究，却在多方面开展起来。如已经用这一技术研究了腐蚀、催化的中间产物，金属及热分解过程，毒品的鉴定，蔬菜水果表面农药的残留的检测，墨迹中微量成分的分析等等。由于巨大的增强上述检测大多可达ng的量级。在一些特别情况下，人们还在努力进行单个分子的检测。总之SERS研究在理论上和应用上都取得了令人注目的结果。SERS的研究还在发展，不仅拉曼散射，SERS活性的表面上二次谐波、荧光、光吸收都会发生增强或灭，因此又出现了表面增强光谱学。图6a维生素B2的拉曼谱，图6b是它在更低浓度下的表面增强拉曼谱，普通拉曼谱下核黄素表现出强的光荧光看不出任何的分子振动谱，而在表面增强拉曼谱中不仅荧光淬灭而且振动谱得到了极大的增强，丰富的谱线使得区分变得十分容易。