Physikalische Grundlagen von chemischen Raman-Sensoren mit Schwerpunkt auf faseroptischen SERS-Sonden

Abstract

Faseroptische SERS-Sensoren wurden durch die Beschichtung der Endflächen von optischen Fasern mit rauhen Metallfilmen erzeugt. Zu den verschiedenen Präparationstechniken, die angewendet und verglichen wurden, gehörten das langsame Aufdampfen von Metall-Inselfilmen und das Bedampfen von Nanopartikeln, aufgerauhten oder elektronenlithographisch strukturierten Oberflächen mit Metallfilmen. Der Einfluß der Laserleistung auf die Messungen mit SERS-Sensoren wurde untersucht, und es wurden maximale Laserintensitäten bestimmt, oberhalb derer es zu einer Verringerung der Oberflächenverstärkung kommt.Aufgrund der Überlagerung der SERS-Spektren von der Faserspitze und der Raman-Spektren des Faserkernmaterials sind maximale Oberflächenverstärkungen eine Voraussetzung für die Konstruktion langer Fasersensoren. Die Oberflächenverstärkung konnte durch eine Veränderung der Fasersensorgeometrie deutlich verbessert werden, wobei diese Geometrieänderung durch gewinkeltes Anschleifen und konisches Ätzen erzeugt wurde.Die Anwendbarkeit der faseroptischen SERS-Sensoren als chemische Sensoren wurde anhand von Beschichtungen mit selektiv adsorbierenden Rezeptormolekülen untersucht.

Single-fibre sensors using surface-enhanced Raman-scattering were prepared by depositing rough metal films at the tips of optical fibres. Different deposition techniques such as slow evaporation of metal island films and vacuum deposition of metal films over nanoparticles or on pre-roughened surfaces or on surfaces structured by electron beam lithography were applied and compared. Laser power effects on SERS sensors were investigated and maximum laser intensities were determined above which a reduction of SERS enhancement is indicated. The superposition of surface Raman spectra from the tips and Raman spectra of the fibre core made maximum enhancements necessary for the construction of long fibre sensors. The enhancement was improved significantly by altering the tip geometry (using angled polishing and conical etching). The applicability of SERS-active fibre tips as chemical sensors was investigated by coating them with selectively adsorbing receptor molecules.