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表面增強拉曼光譜法對孔雀石綠和結晶紫的快速偵測

為了解決孔雀魚魚缸大小的問題，作者詹博涵 這樣論述：

本研究開發以表面增強拉曼光譜(surface-enhanced Raman spectroscopy, SERS)為基礎的快速篩選分析法。分析物包括化學結構式類似的孔雀石綠與結晶紫，兩者均為三苯基甲烷類染料。為了有效遮斷雷射(Nd:YAG第二倍頻波: 532 nm, 300 mW)造成的雷利散射光，以提高拉曼散射的偵測靈敏度，本研究首先架設了一組雙-單光器(double-monochromator)。該實驗系統除了能有效去除不必要的干擾以外，亦提供了絕佳的光譜解析度；解析度為 ± 2 cm-1 (相當於0.06 nm)。此外，本系統在實驗操作上不僅能快速更換樣品，以達快速分析的目的，並且能將

樣品置入液態氮中，得到解析度更佳的超低溫SERS光譜。一般的拉曼光譜，由於訊號微弱，難以做為快速篩選分析法之用。本研究則研發及嘗試各種不同粒徑的奈米銀。實驗發現配製直徑為~ 23 nm的奈米銀(最大吸收峰在波長408 nm)對孔雀石綠與結晶紫而言，均能提供非常明顯的SERS光譜。相較於拉曼訊號增強了~ 104倍。隨後為了探討分析物與奈米銀的作用情形，比較了拉曼與SERS光譜同範圍內各譜峰的相對強度與相對波數的改變。實驗發現孔雀石綠的表面增強拉曼光譜相較於拉曼光譜，譜峰在1221 (N-C、N(CH3)2彎曲)、989 (N-C伸縮)、941 (N(CH3)2 彎曲、N-φ伸縮) cm-1處，有

明顯的藍光位移現象。已知影響藍光位移主要是因為氮原子與銀表面作用的大小不同，而相對強度的改變是因為存在垂直於銀表面的振動模式有所異動。據此，可推測出孔雀石綠分子是以垂直站立方式，矗立於奈米銀表面之上。此推論以市售電腦軟體(HyperChem 5.01)以理論計算的結果得到驗證。結晶紫則在1485、1446、1180、807 cm-1處有明顯的藍光位移，但是由於化學結構上與孔雀石綠分子不盡相同，沒有觀察到苯環的振動模式會影響相對強度。因此推論結晶紫是以平躺方式，趴臥在銀的表面上。經電腦軟體理論計算結果亦得到了驗證。這些譜峰位移與相對強度上的改變，乃是做為快速篩選定性分析上重要的依據。孔雀石綠經常

被拿來做為魚貨類的消毒劑或殺菌劑，最高含量不得超過2 ppb。一般對於孔雀石綠的檢驗方式以液相層析法最為普遍。但是層析分離法需要較長的時間，不足以應付例行性/低濃度孔雀石綠的檢驗工作。再者，這類樣品分析經常會受到螢光物質的干擾，實際上無法進行直接測量。本研究發現，在添加直徑為~23 nm奈米銀之後，可以非常有選擇性的增強孔雀石綠的SERS訊號。該訊號不僅可以有效抑制樣品中螢光性物質的螢光干擾，其特徵譜峰的存在，亦可做為快速篩選是否含有孔雀石綠。為了確認本方法的可行性，在添加了2 ppb孔雀石綠的實驗室魚缸水樣品進行偵測，可以正確無誤的指認孔雀石綠的存在。結晶紫則常以不同濃度，做為市售紅、藍、黑

原子筆墨水的原料。對於刑事鑑識上的筆跡鑑定，結晶紫的黏稠性質，難以使用氣相層析質譜法，對不同濃度比例的墨水痕跡進行分析的工作。再者原子筆墨水當中除了結晶紫以外，還有許多未知的螢光性物質，實際上也無法進行直接測量。然而本研究發現，在添加直徑為~23 nm奈米銀之後，可以非常有選擇性的增強結晶紫的SERS訊號，可清楚分辯原子筆墨水的類別，藉此可達到筆跡鑑定的目的。