共聚焦激光诱导沉积的表面增强基底及其对糠醛的拉曼光谱检测研究

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表面增强拉曼光谱技术发展的关键是表面增强基底的制备。传统表面增强基底制备工艺复杂,制备难度大。现有文献表明:结合激光诱导技术,可以实现表面增强基底的快速制备。因此,论文为进一步提升表面增强拉曼光谱技术检测变压器油中糠醛的灵敏度,降低表面增强基底的制备难度,引入激光诱导技术实现高灵敏度表面增强基底的快速自组装制备,并将此技术与微流控技术结合,改善表面增强基底的均一性和抗氧化性,进一步提升基底的增强效果,同时实现了基底的重复利用。论文仿真计算了不同衬底材料对表面增强基底性能的影响,确定制备更优表面增强基底的衬底材料;分析了激光功率和反应时间对于基底制备的影响规律;对比分析加入微流控技术前后制备表面增强基底在制作方法和各项性能上的差异,确定最优表面增强基底的制作方法;提出利用微流控技术解决颗粒均一性较差的问题,通过自动化流程,获得高均一的表面增强基底;开展基于微流控沉积的金膜表面增强基底的变压器油中糠醛拉曼光谱检测研究。论文的主要工作有:(1)仿真研究不同衬底和颗粒粒径对表面增强基底增强效果和一致性的影响,确定最优基底制备参数。选用金膜作为衬底,颗粒粒径在182±2nm范围内,能够实现在入射波长为532 nm的激发条件下,表面增强基底具备较高增强性能;通过调控激光功率和反应时间改变基底光诱导沉积状态,激光功率和反应时间的增加可以加快颗粒成长速度,但是过高的激光功率和过长的反应时间会使银纳米颗粒粘连团聚,影响增强效果。(2)研究自组装沉积与微流控沉积表面增强基底的制作方法,结合颗粒粒径大小对基底微观形貌进行分析;微流控沉积基底上颗粒均一性更好;利用两种方法制备的表面增强基底分别对同一浓度若丹明6G分子溶液进行检测,比较两种基底增强效果和均一性,微流控沉积的表面增强基底增强效果更好。(3)研究基于微流控沉积的金膜表面增强基底的变压器油中糠醛拉曼光谱检测。建立糠醛浓度和特征峰面积之间的数学关系,确定直接拉曼光谱特征峰1702cm-1,最小检测浓度为2.66 mg/L;研究基于微流控沉积的高均一表面增强基底的变压器油中糠醛检测特性,确定增强拉曼光谱特征峰1667 cm-1,谱峰位置的移动是由表面增强基底对于糠醛分子的吸附作用导致此处共价键振动模式的改变;建立拉曼特征峰面积与糠醛浓度之间的线性函数关系,确定其最小检测浓度为0.14mg/L,计算得到增强因子可达到3.95×10~3;通过对不同位置处获取的拉曼光谱分析,发现其特征峰强度对应的相对标准偏差值仅有4.76%,具有较好的均一性;对一个月内间隔5天用同一基底测量油中糠醛,发现特征峰拉曼信号强度仅衰减19.21%,具有较好的抗氧化性;利用通道内微流体循环回流的特性对基底进行清洗,实现基底重复利用。
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