Ανάπτυξη χημικής μεθόδου υποβοήθησης της επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (SERS) για την ταυτοποίηση και ποσοτική ανάλυση χημικών ενώσεων σε χαμηλές συγκεντρώσεις
| dc.contributor.advisor | Περλεπές, Σπύρος | |
| dc.contributor.author | Ξηρού, Μαρία | |
| dc.contributor.committee | Περλεπές, Σπύρος | |
| dc.contributor.committee | Μπόκιας, Γεώργιος | |
| dc.contributor.committee | Βογιατζής, Γεώργιος | |
| dc.contributor.other | Xirou, Maria | |
| dc.date.accessioned | 2018-04-12T08:41:08Z | |
| dc.date.available | 2018-04-12T08:41:08Z | |
| dc.date.copyright | 2017-12 | |
| dc.degree | Μεταπτυχιακή Εργασία | el |
| dc.description.abstract | Η φασματοσκοπία Raman θεωρείται αξιόπιστη μέθοδος χαρακτηρισμού της μοριακής δομής της ύλης. Τελευταία, καταβάλλεται μεγάλη προσπάθεια να αναδειχτεί και ως μη επεμβατική τεχνική ανίχνευσης ουσιών φαρμακευτικού και βιολογικού ενδιαφέροντος.Όμως, τα όρια ανίχνευσης αυτών των ουσιών είναι σχετικά χαμηλά και το φαινόμενο Raman είναι αρκετά ασθενές διότι ο αριθμός των φωτονίων που σκεδάζονται κατά Raman είναι μικρός. Η επιφανειακή ενίσχυση της σκέδασης Raman (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) εξυπηρετεί την ανάγκη αυτή ενίσχυσης του σήματος της συγκεκριμένης σκεδαζόμενης ακτινοβολίας. Πρόκειται για μια φασματοσκοπική τεχνική που συνδυάζει τη φασματοσκοπία λέιζερ με τις οπτικές ιδιότητες των μεταλλικών νανοδομών, ενισχύοντας τα σήματα Raman μορίων που γειτνιάζουν ή είναι προσροφημένα με/σε νανοσωματίδια αργύρου (Ag) ή/και χρυσού (Au) που απαντώνται υπό τη μορφή είτε νανοκολλοειδών διαλυμάτων ή νανοεκτραχυμένων επιφανειών. Στην παρούσα εργασία, πραγματοποιήθηκε μελέτη υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται στο SERS και συγκεκριμένα του νανοκολλοειδούς αργύρου (Ag). Για τον σκοπό αυτό, νανοκολλοειδή διαλύματα Ag, που παρασκευάστηκαν με την κλασσική μέθοδο Lee & Meisel, χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία UV-Vis για την παρατήρηση των δημιουργούμενων πλασμονίων και με δυναμική σκέδαση φωτός για τον υπολογισμό της υδροδυναμικής ακτίνας των νανοσωματιδίων ή συσσωματωμάτων τους, ώστε να προσδιοριστεί η επίδρασή τους στην ένταση της σκέδασης Raman και κατ’ επέκταση στη μεγιστοποίηση της ενίσχυσης SERS. Δύο είναι οι ουσίες που χρησιμοποιήθηκαν για την παρακολούθηση της ενίσχυσης του SERS, το CTAB και το Mitoxantrone. Στα φάσματα απορρόφησης UV-Vis με την προσθήκη του παράγοντα συσσωμάτωσης NaCl η μορφή της ζώνης απορρόφησης άλλαξε σημαντικά και επέφερε διεύρυνση της απορρόφησης πλασμονίου προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Από τη στιγμή της προσθήκης NaCl στο διάλυμα ξεκινάει η διαδικασία συσσωμάτωσης των νανοσωματιδίων Ag με αποτέλεσμα το μέγεθος των σωματιδίων στο κολλοειδές να μεταβάλλεται αντίστοιχα. Από την τεχνική της δυναμικής σκέδασης του φωτός προέκυψε πως η υδροδυναμική ακτίνα εξαρτάται από τη συγκέντρωση των υποστρωμάτων αλλά και από τη συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη (NaCl). Τον χαρακτηρισμό των κολλοειδών διαλυμάτων, ακολούθησε και η επιβεβαίωση της μέγιστης ενίσχυσης που μετρήθηκε με το SERS. Ως σκεδάζουσες ουσίες χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε περίπτωση το Mitoxantrone και το CTAB. Στα φάσματα Raman από Mitoxantrone και CTAB στα κολλοειδή που μελετήθηκαν καταγράφηκε δονητικό φάσμα μόνο όταν στο κολλοειδές προστέθηκε NaCl. Η ενίσχυση SERS στο Mitoxantrone και το CTAB οφείλεται στην ύπαρξη των «hot spots» που δημιουργούνται. Τέλος, πραγματοποιήθηκε μια μελέτη εφαρμογής ποσοτικών μετρήσεων SE(R)RS διαλυμάτων θαλασσινού νερού που περιέχουν Brilliant Green σε επίπεδο νανογραμμαρίων ανά mL διαλύματος, πιο συγκεκριμένα το σύστημα ClearBal. Οι μετρήσεις SERS σε νανοκολλοειδή Ag που παρασκευάστηκαν σύμφωνα με τη μέθοδο Lee & Meisel διεγέρθηκαν με laser He-Ne (632.8 nm), ενώ για την ποσοτικοποίηση των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν καμπύλες βαθμονόμησης του Brilliant Green σε 0.5 Μ NaCl από τις οποίες προέκυψε όριο ανιχνευσης 2 ng/mL σε αντίθεση με το 1 μg/mL που προέκυψε από τις μετρήσεις UV-Vis. Έτσι πραγματοποιήθηκε μια μελέτη εφαρμογής ποσοτικών μετρήσεων επιφανειακά ενισχυμένης σκέδασης συντονισμού Raman (SERRS) διαλυμάτων ύδατος που περιέχουν Brilliant Green σε επίπεδο νανογραμμαρίων ανά mL, και πιο συγκεκριμένα στο σύστημα ClearBal (το οποίο είναι ένα σύστημα επεξεργασίας υδάτινου έρματος που περιέχει Brilliant Green και CTAB σε αναλογία 1:2). Οι ποσοτικές μετρήσεις με τη χρήση του SERS σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις έδειξαν μεγάλη ανιχνευτική ευαισθησία. Συμπερασματικά, το SERS δείχνει ικανό στον ποσοτικό προσδιορισμό ενεργών ουσιών σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. | el |
| dc.description.translatedabstract | Laser Raman spectroscopy plays an important role in characterizing the molecular structure of matter. Lastly, it has long been regarded as a valuable nondestructive tool for the identification of pharmaceutical and biological samples. However, the detection limits of these samples are relatively low and the Raman scattering is a weak process. Even so, the Raman signal can be highly enhanced. The surface enhancement of Raman Scattering (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) was developed. This is a spectroscopic technique that combines modern laser spectroscopy with the optical properties of metallic nanoparticles. The Raman signal can be enhanced when molecules are placed on or near either to nano-rough noble-metal substrates or to nano-structured colloidal clusters of noble metals. In this context, we studied the substrates used in SERS, namely nanocolloidal silver (Ag) suspensions. For this purpose, we conducted experiments for the characterization of Ag nanoparticles prepared by the Lee & Meisel method by UV-Vis spectroscopy for plasmon observation and dynamic light scattering to calculate the hydrodynamic radius of the nanoparticles or even their agglomerates/aggregates formed, in order to determine their effect on the Raman. Two are the substances used to monitor the enhancement of SERS, Mitoxantrone and CTAB. The shape of the absorption zones of the nanocolloids changed significantly by the addition of NaCl. The aggregation process of the Ag nanoparticles begins by addition of NaCl in the solution, resulting in the change of the nanoparticles’ sizes. The technique of dynamic light scattering showed that the hydrodynamic radii are dependent on the concentration of the substrates and the concentration of electrolyte (NaCl). The characterization of colloidal solutions by UV-Vis spectroscopy and dynamic light scattering was followed by confirmation of the maximum signal enhancement measured by SERS. Mitoxantrone and CTAB were used as scatterrers. In the Raman spectra of Mitoxantrone and CTAB, vibration spectrum was recorded only by addition of NaCl in the colloid. The signal enhancement is mainly due to the formation/existence of «hot spots». Finally, we performed quantitative SE(R)RS measurements of seawater solutions containing nanograms of Brilliant Green, more specifically in a ClearBal system. The SERS measurements, based on the nano-colloidal Ag prepared according to the Lee & Meisel method, were excited at 632.8 nm; relevant calibration curves of Brilliant Green in 0.5 M NaCl lead to a limit of detection of 2 ng/mL comparing to 1 μg/mL using UV-V is absorption measurements. Thus, a study of the application of the surface resonance enhanced Raman spectroscopy (SERRS) was carried out on seawater solutions containing Brilliant Green in the ng/mL concentration level, most specify a ClearBal solution (which is a ballast water treatment system which uses Brilliant Green and CTAB in a 1:2 ratio) Quantitative measurements of very low concentrations active substances using SERS showed a great sensitivity. In conclusion, SERS may been able to quantitative measurements of very low concentrations active substances. | el |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10889/11196 | |
| dc.language.iso | gr | el |
| dc.rights | 0 | el |
| dc.subject | Σκέδαση Raman | el |
| dc.subject | Επιφανειακή ενίσχυση σκέδασης Raman | el |
| dc.subject | Κολλοειδή διαλύματα αργύρου | el |
| dc.subject | Σύστημα επεξεργασίας υδάτινου έρματος | el |
| dc.subject | Βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο | el |
| dc.subject | Δραστική ουσία Mitoxantrone | el |
| dc.subject | Φάσμα απορρόφησης | el |
| dc.subject | Σύστημα Z-sizer | el |
| dc.subject | Ποσοτικά αποτελέσματα | el |
| dc.subject.alternative | Raman scattering | el |
| dc.subject.alternative | Surface enhanced Raman scattering | el |
| dc.subject.alternative | Colloidal silver suspensions | el |
| dc.subject.alternative | Water ballast treatment system (ClearBal) | el |
| dc.subject.alternative | Brilliant green | el |
| dc.subject.alternative | Hexadecyltrimethylammonium Bromide (CTAB) | el |
| dc.subject.alternative | Active substance Mitoxantrone | el |
| dc.subject.alternative | Absorption spectrum | el |
| dc.subject.alternative | Z-sizer system | el |
| dc.subject.alternative | Quantitative measurements | el |
| dc.subject.alternative | Hot spots | el |
| dc.subject.ddc | 543.57 | el |
| dc.title | Ανάπτυξη χημικής μεθόδου υποβοήθησης της επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (SERS) για την ταυτοποίηση και ποσοτική ανάλυση χημικών ενώσεων σε χαμηλές συγκεντρώσεις | el |
| dc.title.alternative | Development of chemically assisted SERS method for the identification and quantitative analysis of chemical compounds at low concentrations | el |
| dc.type | Thesis | el |