基于内标法的表面增强拉曼光谱在定量分析中的应用

doi:10.7503/cjcu20240457

摘要/Abstract

摘要：

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种已被广泛应用于疾病诊断、药物筛选及生物分析等领域的光谱检测方法，它不仅可以提供丰富的化学指纹信息，而且具有灵敏度高、抗光漂白和光降解能力强等优点. 然而，由于SERS增强基底的结构均一性差和化学分子吸附数量的不确定性，导致检测结果重现性差，其定量分析面临诸多挑战. 通过引入内标信号可以消除或减少外部干扰因素，从而实现SERS的准确定量分析. 本文首先阐述了内标法的机理，然后介绍了内标法的主要类型，接着举例说明了内标型SERS探针在环境分析、食品药品分析以及生物分析等领域的应用，最后展望了内标型SERS面临的挑战及未来发展方向.

关键词: 表面增强拉曼光谱, 定量分析, 内标法

Abstract:

Surface-enhanced Raman spectroscopy（SERS） is a spectral detection method that has been widely used in the fields of disease diagnosis， drug screening， and biological analysis， etc. It can not only provide rich chemical fingerprint information but also has the advantages of high sensitivity， resistance to photobleaching， and photodegradation. However， due to the poor uniformity of its enhancement matrix structure and the uncertainty of the number of chemical molecules adsorbed， the reproducibility of SERS detection results is poor， which makes it face many challenges in quantitative analysis. The deployment of internal standards could eliminate the external interference factors， thus achieving accurate quantitative analysis. We set out this review with a description of the mechanism of internal-standard methods， followed by introducing their main types. Thereafter， we introduced explanations of the applications of internal-standard probes in environmental analysis， food and drug analysis， and biological analysis. We conclude with an outlook of challenges and future development directions of internal-standard SERS.

Key words: Surface-enhanced Raman spectroscopy, Quantitative analysis, Internal standard method

中图分类号:

O657.37

TrendMD:

毕英娜, 刘定斌. 基于内标法的表面增强拉曼光谱在定量分析中的应用. 高等学校化学学报, 2025, 46(2): 20240457.

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图/表 7

Fig.1 General steps and criteria for the fabrication of a typical SERS probe

Fig.2 Schematic diagram of internal standard method

Fig.3 Main types of SERS internal standard methods（A， B） Intrinsic internal standard method［30，33］；（C， D） external internal standard method［36，38］；（E， F） embedded internal standard method［44，52］. （A） Copyright 2023， Elsevier；（B） Copyright 2017， John Wiley and Sons；（C） Copyright 2018， American Chemical Society；（D） Copyright 2015， American Chemical Society；（E） Copyright 2015， John Wiley and Sons；（F） Copyright 2022， American Chemical Society.

Fig.4 Schematic overview of Au@Ag@ZIF⁃8 SERS substrates for gas⁃phase detection of neurotoxic agents in air(A)[59] and schematic illustration of simultaneous in situ extraction and self⁃assembly of AuSPs for SERS detection of OCPs in water(B)[61]（A） Copyright 2021， American Chemical Society；（B） Copyright 2021， American Chemical Society.

Fig.5 Schematic representation of simultaneous in situ extraction and fabrication of SERS substrate in the detection of thiram residue on irregular samples(A)[64] and schematic illustration of NH2⁃MIL⁃101@AuNPs preparation and its application in multiple complex samples(B)[67]（A） Copyright 2018， American Chemical Society；（B） Copyright 2023， Elsevier.

Fig.6 Schematic diagram of the testing principle of intracellular and extracellular multiple ratio gold nanoprobes(A)[70] and schematic illustration of the self⁃referenced renal⁃clearable synthetic biomarker(Glu⁃RR⁃AuNC) for quantitative urinary monitoring of cancer development(B)[71]（A） Copyright 2021， Tsinghua University Press and Springer-Verlag GmbH Germany， part of Springer Nature；（B） Copyright 2023， American Chemical Society.

Fig.7 Schematic illustration of Au@PB NPs and their Raman signals compared with cells and the FA functionalized SERRS tag used for HeLa cell imaging(A)[75]， PB as a background⁃free internal standard for probe profiling in live cells(B)[76]， and schematic diagram of the detection and elimination process of bacteria based on the multifunctional SERS platform(C)[77]（A） Copyright 2017， American Chemical Society；（B） Copyright 2020， American Chemical Society；（C） Copyright 2021， American Chemical Society.

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