Hệ số tăng cường SERS (SERS enhancement factor - SERS EF) của một phân tử phân tắch có thể được định nghĩa là sự so sánh giữa các cường độ của các đỉnh Raman thu được khi có và không sử dụng các đế SERS trong điều kiện thử nghiệm tương tự nhau [13]. Đây là một trong những thông số quan trọng nhất để đặc trưng cho hiệu ứng SERS. Có bốn phương pháp để tắnh SERS EF bao gồm [12, 13] a) Hệ số tăng cường đơn phân tử, b) Hệ số tăng cường đế SERS và c) Hệ số tăng cường phân tắch và d) Hệ số tăng cường được ước tắnh dựa trên phép đo mặt cắt ngang.
1.2.3.1. Hệ số tăng cường đơn phân tử (SMEF)[12,13]
Đây là sự tăng cường SERS được xác định cho một phân tử tại một điểm cụ thể. Nói chung, hệ số tăng cường này phụ thuộc vào sự định xứ của phân tử cần phân tắch, định hướng của nó trên bề mặt SERS và sự định hướng của đế SERS đối với sự phân cực và hướng của laser tới. Do đó, nó đòi hỏi phải xác định chắnh xác của hình thái học đế SERS và vị trắ chắnh xác và định hướng của phân tử phân tắch đối với nó. Vì những khó khăn này nên định nghĩa này phù hợp với ước tắnh lý thuyết về EF hơn so với phép đo thực nghiệm.
Hệ số tăng cường SERS đơn phân tử được xác định bởi phương trình: SM SERS SM RS I SMEF I = (1.8) với SM SERS
I là cường độ SERS của đơn phân tử đang được xem xét còn SM RS I
là cường độ Raman trung bình cho mỗi phân tử của chất phân tắch tương tự. 1.2.3.2. Hệ số tăng cường đế SERS (SSEF)[12, 13]
Định nghĩa này cung cấp một sự so sánh giữa các hệ số tăng cường của các đế khác nhau và được trình bày về mặt toán học như sau:
SERS Normal Normal SERS I N SSEF I N = (1.9) với INomarl và ISERS tương ứng là cường độ của phổ Raman của chất hữu cơ hấp được phụ trên đế SERS và đế không SERS. NNormal = CNormalV là số phân tử trung bình trong thể tắch tán xạ V của phép đo Raman thông thường (không SERS), và NSERS là số phân tử trung bình hấp thụ trong thể tắch tán xạ của các thắ nghiệm SERS. Định nghĩa EF này thường xuyên được sử dụng bởi nhiều tác giả trong các công trình khác nhau và được coi là đại diện cho sự tăng cường của đế SERS. Để xác định số lượng của các phân tử góp phần vào việc tạo ra một phổ SERS không phải là một việc dễ dàng do đó thông thường người ta sẽ sử dụng một phép ước tắnh đối với số lượng phân tử trong SERS.
1.2.3.3. Hệ số tăng cường phân tắch (AEF) [12, 13]
Đối với một số ứng dụng quan tâm đến sự tăng cường SERS có thể dự đoán được là mạnh hơn bao nhiêu khi so sánh với tắn hiệu từ điều kiện không SERS. Trong trường hợp này căn cứ vào nồng độ của chất phân tắch, hệ số tăng cường phân tắch (AEF) được sử dụng và được xác định bằng toán học như sau: SERS Normal Normal SERS I C AEF I C = (1.10) với CSERS là nồng độ của phân tử phân tắch trong phép đo SERS và CNormal là nồng độ của phân tử phân tắch này trong cùng một điều kiện thắ nghiệm trong trường hợp phép đo không SERS. Định nghĩa này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tắnh hấp phụ và phạm vi bao phủ của đế cũng như số phân tử hấp thụ. Vì vậy, quá trình chuẩn bị mẫu có vai trò quan trọng trong định nghĩa này của EF.
1.2.3.4. Hệ số tăng cường được ước tắnh dựa trên phép đo mặt cắt ngang [12, 13]
Việc thực hiện đo đạc trực tiếp mặt cắt ngang Raman là rất tốn thời gian và đòi hỏi việc sử dụng các dụng cụ đặc biệt. Phương pháp thay thế là xác định mặt cắt ngang tương ứng với mặt cắt ngang đã được báo cáo của tài liệu tham khảo tiêu chuẩn. Trong trường hợp này mặt cắt ngang có thể được tắnh toán bởi công thức:
Ref Ref
Sample Ref Sample
Sample I C d RS d RS d d I C δ δ = Ω Ω (1.11)
với CSample và CRef tương ứng là nồng độ phân tử phân tắch trong phép đo SERS và trong trường hợp không SERS. ISample và IRef tương ứng là cường độ của đỉnh Raman đo được trong phép đo SERS và không SERS. Phương pháp này được sử dụng cho trường hợp đế SERS là các hạt nano kim loại trong các dung dịch.