表面等离子体共振光谱(SPR)的应用

表面等离子体共振（SPR）光谱和其对应物局部表面等离子体共振（LSPR）光谱被认为不仅是纳米结构表征的重要手段，而且被认为是无标记的化学和生物传感。

SPR光谱主要用于生物传感，特别是在研究结合亲和性时，如抗体-抗原相互作用。相比之下，LSPR光谱通常被用作检测痕量分子的信号增强手段。

LSPR被确定为方法背后的物理现象，包括:

• 表面增强拉曼光谱
• 红外光谱法
• 吸收光谱法
• 荧光光谱

首先，本文将研究表面等离子体的底层物理，包括它们的波长依赖性相互作用。

其次，将SPR和LSPR之间的差异对比，继续审查信号增强中涉及的过程。

第三，将回顾两个简短的案例研究，以探索SPR和LSPR光谱学的应用。

表面等离子体物理

由传导带电子的相干振荡所产生的表面波，连同电介质与金属之间的界面，将产生所谓的表面等离子体。

与其他电磁波相同的表面等离子体具有相关的波动，其幅度由传播介质的相对介电常数（也称为介电常数）确定。

相对介电常数等于折射率的平方根，这是非磁性材料的情况。欧洲杯足球竞彩因此，可以这样说，相对介电常数与波长的关系与折射率相似。

当该依赖性的结果，当入射光的波浪波的平行分量与表面等离子体的波浪传导者谐振时，它将引起两个波的波长依赖性的构造或破坏性干扰。

根据不同的条件，LSPR和SPR都可能导致反射光谱或透射光谱的波长增加或减少。

SPR传感器通常由一层薄薄的金属薄膜(通常是银或金)构成，并应用于一种介质材料，如玻璃。利用全内反射(TIR)技术将宽带光定向到界面上。以这种方式生产的SPR传感器依靠棱镜来确保TIR，类似于FT-IR中的ATR(衰减全反射)尖端。

其他方法可以利用包覆光纤内的红外光谱来诱导SPR。在SPR光谱学中，传感器暴露在分析物中，导致与传感器形成键。这可能会导致相对介电常数的轻微变化，并随之改变表面等离子体激元的电阻频率。

在SPR中，当入射光驻留在表面等离子体激元中时，重探测光谱将呈现出与破坏性干涉相对应的光谱下降。

因此，当传感器收集的分析物数量增加时，透射光谱的局部最小值将发生位移。这有助于非常灵敏的定量。

高斯定律表明导体的表面电荷密度与它的半径成反比。在LSPR的情况下，利用纳米制造技术来利用这种定位效应。

底层物理的描述超出了本文的范围，但重要的是要理解，这种极高的表面电荷密度可能导致实质性的信号增强。

仅当基板的相对介电常数的真实部分是环境的负倍数时，才发生这种增强。这可以提高信号的强度。

黄金，其相对介电常数为-22.855 + 1.4245 I，在785纳米和银，其相对介电常数为-11.755 + 0.37038 i，通常在SPR和LSPR中使用。

表面增强拉曼光谱(SERS)中，785 nm激发时通常采用金，532 nm激发时通常采用银。

提到的缩放因子的大小取决于基板的几何形状，其可以在两到二十之间的范围内。可以根据纳米结构的形状调谐“增强”波长。在表征纳米材料时，这种几何依赖性是有益的。欧洲杯足球竞彩

光纤SPR探头

的公司SPR传感器进入光纤探头意味着目标传感器可以部署在危险环境中。

通常情况下，探头的制造首先要从一段光纤电缆上去除包层。然后，在剖面上涂上一层金属层，然后涂上一层辩证法层。

印度理工学院德里分校(Indian Institute of Technology Delhi)遵循了这个过程，在这里，纤维芯被涂上一层银，然后是一层氧化锌，以检测氯气。¹

在这种情况下，使用Avantes Avalight-Hal，钨卤素灯整合到探针中。氯气分子与氧化锌相互作用，产生氯化锌。这提示了相对介电常数的变化，结果是表面等离子体的停留波长。

少量的光在光纤的包层内传播。使用Avantes AvaSpec-ULS3648-USB2光纤耦合光谱仪测量透射光谱的变化。

图1显示了测量光谱作为氯浓度的函数，证明了10ppm至100ppm的检测范围。

图1。不同浓度氯气的透射光谱(左)和峰值波长的偏移作为浓度的函数(右)。¹

LSPR的纳米表征

LSPR光谱是一个强大的表征工具，因为它非常依赖粒子或基底的纳米结构。欧洲杯猜球平台匈牙利的研究人员利用了LSPR吸收光谱的线宽依赖于纳米颗粒的均匀性这一事实。欧洲杯猜球平台²

本实验涉及溅射四种不同厚度的金纳米粒子，估计层厚分别为7.5 nm、12.5 nm、15 nm和30 nm。欧洲杯猜球平台

利用Avantes AvaSpec-ULS2048-4DT-USB2（四通道高分辨率光谱仪）和Avantes Avalight DHS卤素光源，四个样品的吸收光谱，在空气中（n = 1），水（n = 1.33），测量油（n = 1.616）。

得到的数据(如图2所示)表明，表面等离子体共振的层厚和半宽宽之间的关系有很强的依赖性。这表明随着层厚的增加，纳米颗粒尺寸的变异性更大。

图2。全宽四个不同厚度的四个溅射金纳米颗粒的半最大（FWHM）峰宽和环境指标的折射率欧洲杯猜球平台²．

最后的想法

SPR和LSPR光谱学可用于一系列应用，包括生物传感器、化学传感器和材料表征。

此外，高分辨率、低噪声模块化光纤耦合光谱仪是将新型SPR和LSPR传感器从实验室过渡到现场和其他环境的重要工具。

当OEM系统，特别是那些需要高速和连续测量，如生物和化学危害检测，Avantes的AvaSpec仪器是一个理想的选择。

上面提到的光谱仪也可用作OEM模块。这些可以纳入交钥匙实验室传感装置，以及作为现有实验室设备的补充剂操作。2020欧洲杯下注官网

这些单位有许多通信选项：以太网，USB和Avantes AS7010 EVO电子板的本机数字和模拟输入/输出功能。这有助于与其他设备的增强界面。

Avantes AvaSpec DLL软件开发包附带了Delphi、c#、c++、Visual Basic、MatLab、LabView和其他编程环境中的示例程序。这允许用户为自己的应用程序开发定制代码。

参考资料及进一步阅读

1. Usha, s.p.， Mishra, S.K.和Gupta, B.D, 2015。以银和氧化锌为原料的基于SPR的氯气检测光纤传感器的制作和表征。欧洲杯足球竞彩材料、8 (5)pp.2204 - 2216。
2. Bonyár，A.，Wimmer，B.和Csarnovics，I.，2014年5月。基于金纳米颗粒的局部表面等离子体共振传感器的研制。欧洲杯猜球平台在2014年第37届电子技术春季研讨会的议程中（第369-374页）。IEEE。

此信息已采购，从Avantes BV提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

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