Abstract
Surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) can provide positive identification of an analyte or an analyte mixture with high sensitivity and selectivity. Better understanding of the theory and advances in the understanding of the practice have led to the development of practical applications in which the unique advantages of SERS/SERRS have been used to provide effective solutions to difficult analytical problems. This review presents a basic theory and illustrates the way in which SERS/SERRS has been developed for practical use.
Keywords
Get full access to this article
View all access options for this article.
References
1.
Fleischmann
M.
Hendra
P. J.
McQuillan
A. J.
, J. Phys. Lett. 26 , 16 (1974 ).
2.
Albrecht
M. G.
Creighton
J. A.
, J. Am. Chem. Soc. 99 , 5215 (1977 ).
3.
Jeanmaire
D. L.
Van Duyne
R. P.
, J. Electroanal. Chem. 84 , 1 (1977 ).
4.
Stacy
A. M.
Van Duyne
R. P.
, Chem. Phys. Lett. 102 , 365 (1983 ).
5.
Moskovits
M.
, Rev. Mod. Phys. 57 , 783 (1985 ).
6.
Campion
A.
Kambhampati
P.
, Chem. Soc. Rev. 27 , 241 (1998 ).
7.
Otto
A.
, J. Raman Spectrosc . 36 , 497 (2005 ).
8.
Wood
T. H.
Klein
M. V.
, J. Vacuum Sci. Technol. 16 , 459 (1979 ).
9.
Creighton
J. A.
, Adv. Spectrosc. 16 , 37 (1988 ).
10.
Schatz
G. C.
Young
M. A.
Van Duyne
R. P.
, in Surface-Enhanced Raman Scattering ,
Kniepp
K.
Moskovits
M.
Kneipp
H.
, Eds. (Springer , Germany , 2006 ), pp. 19 –65 .
11.
Jordan
P.
Cooper
J.
McNay
G.
Docherty
F. T.
Smith
W. E.
Sinclair
G.
Padgett
M. J.
, Opt. Lett. 29 , 2488 (2004 ).
12.
Khan
I.
Cunningham
D.
Littleford
R. E.
Graham
D.
Smith
W. E.
McComb
D. W.
, Anal. Chem. 78 , 224 (2006 ).
13.
Cunningham
D.
Littleford
R. E.
Smith
W. E.
Lundahl
P. J.
Khan
I.
McComb
D. W.
Graham
D.
Laforest
N.
, Faraday Discuss . 132 , 135 (2006 ).
14.
Kneipp
K.
Wang
Y.
Kneipp
H.
Perelman
L. T.
Itzkan
I.
Dasari
R. R.
Feld
M. S.
, Phys. Rev. Lett. 78 , 1667 (1997 ).
15.
Nie
S.
Emory
S. R.
, Science (Washington, D.C.) 275 , 1102 (1997 ).
16.
Murgida
D. H.
Hildebrandt
P.
, Phys. Chem. B 105 , 1578 (2001 ).
17.
Quaroni
L.
Reglinski
J.
Wolf
R.
Smith
W. E.
, Biochim. Biophys. Acta 1296 , 5 (1996 ).
18.
McAnally
G.
McLaughlin
C.
Brown
R.
Brown
D. C.
Faulds
K.
Tackley
D. R.
Smith
W. E.
Graham
D.
, Analyst 126 , 838 (2002 ).
19.
Faulds
K.
Barbagallo
R. P.
Keer
J. T.
Smith
W. E.
Graham
D.
, Analyst 129 , 567 (2004 ).
20.
Graham
D.
Brown
R.
Smith
W. E.
, Chem. Commun. , 1002 (2001 ).
21.
Sabatté
G.
Keir
R.
Lawlor
M.
Black
M.
Graham
D.
Smith
W. E.
, Anal. Chem. 80 , 2351 (2008 ).
22.
Hildebrandt
P.
Stockburger
M.
, J. Phys. Chem. 88 , 5935 (1984 ).
23.
Creighton
J. A.
Blatchford
C. G.
Albrecht
M. G.
, J. Chem. Soc. Faraday Trans. II 75 , 790 (1979 ).
24.
Blatchford
C. G.
Campbell
J. R.
Creighton
J. A.
, Surface Sci . 120 , 435 (1982 ).
25.
Grabar
K. C.
Brown
K. R.
Keating
C. D.
Stranick
S. J.
Tang
S.-L.
Natan
M. J.
, Anal. Chem. 69 , 471 (1997 ).
26.
Curtis
A. C.
Duff
D. G.
Edwards
P. P.
Jefferson
D. A.
Johnson
B. F. G.
Kirkland
A. I.
Wallace
A. S.
, J. Phys. Chem. 92 , 2270 (1988 ).
27.
Huang
H. H.
Yan
F. Q.
Kek
Y. M.
Chew
C. H.
Xu
G. Q.
Ji
W.
Oh
P. S.
Tang
S. H.
, Langmuir 13 , 172 (1997 ).
28.
Rospendowski
B. N.
Kelly
K.
Wolf
C. R.
Smith
W. E.
, J. Am. Chem. Soc. 113 , 1217 (1991 ).
29.
Mills
A.
Hill
G.
Stewart
M.
Graham
D.
Smith
W. E.
Hodgen
S.
Halfpenny
P. J.
Faulds
K.
Robertson
P.
, Appl. Spectrosc. 58 , 922 (2004 ).
30.
Semin
D. J.
Rowlen
K. L.
, Anal. Chem. 66 , 4324 (1994 ).
31.
Le
F.
Brandl
D. W.
Urzhumov
Y. A.
Wang
H.
Kundu
J.
Halas
N. J.
Aizpurua
J.
Norlander
P.
, ACS Nano 2 , 707 (2008 ).
32.
Shanmukh
S.
Jones
L.
Driskell
J.
Zhao
Y.
Dluhy
R.
Tripp
R. A.
, Nano Lett . 6 , 2630 (2006 ).
33.
Van Duyne
R. P.
Hulteen
J. C.
Treichel
D. A.
, J. Chem. Phys. 99 , 2101 (1993 ).
34.
Cintra
S.
Abdelsalam
M. E.
Bartlett
P. N.
Baumberg
J. J.
Kelf
T. A.
Sugawara
Y.
Russell
A. E.
, Faraday Discuss . 132 , 191 (2006 ).
35.
Perney
N. M. B.
Baumberg
J. J.
Zoorob
M. E.
Charlton
M. D. B.
Mahnkopf
S.
Netti
C. M.
, Opt. Exp. 14 , 847 (2006 ).
36.
Perney
N. M. B.
García de Abajo
F. J.
Baumberg
J. J.
Tang
A.
Netti
M. C.
Charlton
M. D. B.
Zoorob
M. E.
, Phys. Rev. B 76 , 035426 (2007 ).
37.
Grabar
K. C.
Freeman
R. G.
Hommer
B. M.
Natan
M. J.
, Anal. Chem. 67 , 735 (1995 ).
38.
Faulds
K.
Smith
W. E.
Graham
D.
, Anal. Chem. 76 , 412 (2004 ).
39.
Dick
L. A.
McFarland
A. D.
Haynes
C. L.
Van Duyne
R. P.
, J. Phys. Chem. B 106 , 853 (2002 ).
40.
Lee
S. H.
Bantz
K. C.
Lindquist
N. C.
Oh
S.-H.
Haynes
C. L.
, Langmuir 25 , 13685 (2009 ).
41.
Li
J. F.
Huang
Y. F.
Ding
Y.
Yang
Z. L.
Li
S. B.
Yhou
X. S.
Fan
F. R.
Zhang
W.
Zhou
Z. Y.
Wu
D. Y.
Ren
B.
Wang
Z. L.
Tian
Z. Q.
, Nature 464 , 392 (2010 ).
42.
Schatz
G. C.
, Acc. Chem. Res. 17 , 370 (1984 ).
43.
Xu
H.
Käll
M.
, ChemPhysChem 4 , 1001 (2003 ).
44.
Farquharson
S.
Inscore
F. E.
Christensen
S.
, in Surface-Enhanced Raman Scattering ,
Kniepp
K.
Moskovits
M.
Kneipp
H.
, Eds. (Springer , Germany , 2006 ), pp. 447 –460 .
45.
McLaughlin
C.
MacMillan
D.
McCardle
C.
Smith
W. E.
, Anal. Chem. 74 , 3160 (2002 ).
46.
Khan
I.
Cunningham
D.
Graham
D.
McComb
D. W.
Smith
W. E.
, J. Phys. Chem. B 109 , 3454 (2005 ).
47.
Kneipp
K.
Kneipp
H.
Kartha
V. B.
Manoharan
R.
Deinum
G.
Itzkan
I.
Dasari
R. R.
Feld
M. S.
, Phys. Rev. E 57 , R6281 (1998 ).
48.
Bertone
J. F.
Spencer
K. M.
Sylvia
J. M.
, Proc. SPIE 6954 , 69540J (2008 ).
49.
Stokes
R. J.
McBride
E.
Wilson
C. G.
Girkin
J. M.
Smith
W. E.
Graham
D.
, Appl. Spectrosc. 62 , 371 (2008 ).
50.
Faulds
K.
Smith
W. E.
Graham
D.
Lacey
R. J.
, Analyst 127 , 282 (2002 ).
51.
Lin
M.
He
L.
Awika
J.
Yang
L.
Ledoux
D. R.
Li
H.
Mustapha
A.
, J. Food Sci . 73 , T129 (2008 ).
52.
Alexander
T. A.
Le
D. M.
, Appl. Opt. 46 , 3878 (2007 ).
53.
Shafer-Peltier
K. E.
Haynes
C. L.
Glucksberg
M. R.
Van Duyne
R. P.
, J. Am. Chem. Soc. 125 , 588 (2003 ).
54.
Jehn
C.
Küstner
B.
Adam
P.
Ströbel
A. Marks. P.
Schmuck
C.
Schlücker
S.
, Phys. Chem. Chem. Phys. 11 , 7499 (2009 ).
55.
Holthoff
E. L.
Stratis-Cullum
D. N.
Hankus
M. E.
, Sensors 11 , 2700 (2011 ).
56.
McHugh
C. J.
Keir
R.
Graham
D.
Smith
W. E.
, Chem. Commun. , 580 (2002 ).
57.
Cheung
W.
Shadi
I.
Xu
Y.
Goodacre
R.
, J. Phys. Chem. C 114 , 2785 (2010 ).
58.
Driskell
J. D.
Kwarta
K. M.
Lipert
R. J.
Porter
M. D.
Neill
J. D.
Ridpath
J. F.
, Anal. Chem. 77 , 6147 (2005 ).
59.
Rodger
C.
Dent
G.
Watkinson
J.
Smith
W. E.
, Appl. Spectrosc. 54 , 1567 (2000 ).
60.
White
P. C.
Munro
C. H.
Smith
W. E.
, Analyst 121 , 835 (1996 ).
61.
Faulds
K.
Jarvis
R.
Smith
W. E.
Graham
D.
Goodacre
R.
, Analyst 133 , 1505 (2008 ).
62.
Graham
D.
Mallinder
B. J.
Whitcombe
D.
Smith
W. E.
, ChemPhysChem 2 , 746 (2001 ).
63.
Douglas
P.
Stokes
R. J.
Graham
D.
Smith
W. E.
, Analyst 133 , 791 (2008 ).
64.
Doering
W. E.
Piotti
M. E.
Natan
M. J.
Freeman
R. G.
, Adv. Mater. 19 , 3100 (2007 ).
65.
Qian
X.
Peng
X. H.
Ansari
D. O.
Yin-Goen
Q.
Chen
G. Z.
Shin
D. M.
Yang
L.
Young
A. N.
Wang
M. D.
Nie
S.
, Nat. Biotechnol. 26 , 83 (2008 ).
66.
Bantz
K. C.
Meyer
A. F.
Wittenberg
J.
Im
H.
Kurtulus
Ö.
Lee
S. H.
Lindquist
N. C.
Oh
S.-H.
Haynes
C. L.
, Phys. Chem. Chem. Phys. , paper in press (2011 ).
67.
Kneipp
J.
Kneipp
H.
Rajadurai
A.
Redmond
R. W.
Kneipp
K.
, J. Raman Spectrosc . 40 , 1 (2009 ).
68.
McCabe
A. F.
Eliasson
C.
Prasath
R. A.
Hernandez-Santana
A.
Stevenson
L.
Apple
I.
Cormack
P. A. G.
Graham
D.
Smith
W. E.
Corish
P.
Lipscomb
S. J.
Holland
E. R.
Prince
P. D.
, Faraday Discuss . 132 , 303 (2006 ).
69.
Stokes
R. J.
Hernandez-Santana
A.
Macaskill
A.
Cormack
P. A. G.
Smith
W. E.
Graham
D.
, Micro Nano Lett . 1 , 57 (2006 ).
70.
Pettinger
B.
, in Surface-Enhanced Raman Scattering ,
Kniepp
K.
Moskovits
M.
Kneipp
H.
, Eds. (Springer , Germany , 2006 ), pp. 217 –240 .
71.
Brosseau
C. L.
Rayner
K. S.
Casadio
F.
Grzywacz
C. M.
Van Duyne
R. P.
, Anal. Chem. 81 , 7443 (2009 ).
72.
Keir
R.
Igata
E.
Arundell
M.
Smith
W. E.
Graham
D.
McHugh
C. J.
Cooper
J. M.
, Anal. Chem. 74 , 1503 (2002 ).
73.
McNay
G.
Docherty
F. T.
Graham
D.
Smith
W. E.
Jordan
P.
Padgett
M.
Leach
J.
Sinclair
G.
Monaghan
P. B.
Cooper
J. M.
, Angew. Chem. Int. Ed. 43 , 2512 (2004 ).
74.
McCabe
A.
Smith
W. E.
Thomson
G.
Batchelder
D.
Lacey
R.
Ashcroft
G.
Foulger
B. F.
, Appl. Spectrosc. 56 , 820 (2002 ).
75.
Kniepp
K.
Moskovits
M.
Kniepp
H.
, Eds., Surface-Enhanced Raman Scattering (Springer , Germany , 2006 ).
76.Chemical Society Reviews ,
Graham
D.
Goodacre
R.
, Eds., Special issue on surface-enhanced scattering , 37 (5 ) (2008 ).