实验室分析方法--表面增强红外吸收光谱的产生原理
SEIRA效应和SERS都是基于金属岛或金属颗粒表面上的信号增强，因此其产生原理也相似。对 SEIRA现象的最好解释是电磁场增强机理，它已为大家所接受。
当在基板表面镀有一层非常薄的金属膜时（约10nm厚），这些金属膜本质上是由一层呈扁圆形椭球体的金属小岛组成，椭球体的长轴与基板表面平行。当入射红外光垂直照射时，入射光电场与金属岛长轴平行（即与金属表面平行），因而引起金属岛表面上的自由电子产生振荡，形成等离子波，从而在垂直于金属岛表面的方向产生强电磁场，如图1其强度呈指数衰减。表面等离子波的穿透深度大约为10m量级，远小于入射红外光波长，这样在金属岛中的光场就被高度局域化，相应的金属岛也被极化。岛中心引发的偶极矩P可表示为
P=αVElocal
式中，α为金属岛的极化率；V为金属岛结构的体积；Elocal为入射光诱导产生的局域电场强度，由入射场和增强场组成。
通过物理或化学方式吸附到金属岛表面上的分子被诱导电场激发，其局域电场的强度可表示为:
式中，l为距金属岛中心的距离。说明距金属岛中心距离的微小变化即会引起局域电场强度的很大变化。由于红外吸收强度取决于跃迁概率，而跃迁概率又与跃迁偶极矩及局域电场强度的平方成正比，因此l的微小变化就会引起表面上相应谱带的红外光强度发生很大变化。
图1 电磁场增强机理示意
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