Untersuchungen zum oberflächenverstärkten Raman-Effekt auf Einzelmolekülebene

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Messungen und Einzelmolekülexperimente unter Ausnutzung des oberflächenverstärkten Raman-Effektes durchgeführt. Hierzu wurden zunächst verschiedene Oberflächen dargestellt und charakterisiert, die anschließend auf ihre Eignung als Substrat für Messungen auf Einzelmolekülebene getestet wurden. Oberflächen, die aus Silberkolloidlösungen dargestellt wurden, zeigten eine hohe Aktivität und wurden für alle weiteren Messungen eingesetzt. Durch eine Optimierung der Probendarstellung konnte die Anzahl der Zielmolekülsignale mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis deutlich gesteigert werden. Proben, die durch die elektrochemische Abscheidung von Silberpartikeln dargestellt wurden, zeigten hingegen keine ausreichende Aktivität für Einzelmolekülexperimente. Es wurden mehrere Rhodamin-Farbstoffe sowie einige weitere Substanzen spektroskopiert. Durch den Einsatz von bestimmten Derivaten wurde bestimmt, welchen Einfluss die chemische Struktur eines Zielmoleküls auf den oberflächenverstärkten Raman-Effekt hat. Weiterhin wurde der Einfluss der Anregungswellenlänge eingehend untersucht. Anhand der erhaltenen Daten konnten umfangreiche Aussagen über die Mechanismen des oberflächenverstärkten Raman-Effekts getroffen werden. Weiterhin wurden einige Experimente sowie Optimierungsmöglichkeiten formuliert, die zur Klärung von offenen Fragen beitragen können. Messungen auf Einzelmolekülebene ermöglichten die Beobachtung von spektroskopischen Ereignissen, die bei Messungen im Ensemble nicht beobachtet werden können. Viele der eingesetzten Substanzen wurden zudem noch nie auf diesem Niveau untersucht.

This paper is a report of measurements and single molecule experiments that were performed making use of the Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) effect. First, different surfaces were prepared and characterized, after having been tested as to whether or not they were suitable as substrates for measurements on the single molecule level. Surfaces prepared from colloidal solutions of silver showed a high level of activity and were used for all further experiments. A simple variation on the preparation procedure allowed for an increase in the number of target molecule signals with a high signal-to-noise ratio. However, samples prepared using the electrochemical double pulse method for silver particle deposits did not show sufficient activity for single molecule experiments. A variety of rhodamine dyes as well as a number of further compounds were examined spectroscopically. The application of various derivatives served to define the influence of the chemical structure of a target molecule on the SERS-effect. In addition, the influence of the excitation wavelength was examined in detail. Generalizable statements concering the mechanisms of the SERS effect could be made, based on the results obtained. Further, future experiments and optimalization procedures are suggested, in order to address outstanding questions. Making measurements on the single molecule level made it possible to look at spectroscopic events which are normally hidden under multiple molecules conditions. Of further significance is that most of the compounds investigated had never before been examined at this level.