CN102109467B

CN102109467B - 定量检测痕量罗丹明6g的方法

Info

Publication number: CN102109467B
Application number: CN2010105915992A
Authority: CN
Inventors: 张君梦; 曲胜春; 张利胜; 王占国
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: CN102109467A

Abstract

一种利用拉曼光谱仪定量检测痕量罗丹明6G的方法，包括以下步骤：采用交流电化学沉积法制备多个银纳米线阵列：以硝酸银/硼酸混合水溶液为电解液向AAO模板的孔洞中限域沉积银纳米线，形成银纳米线阵列；制备银纳米颗粒，并分别与不同浓度的罗丹明6G溶液混合，分别滴在制备好的银纳米线阵列上，形成SERS增强“三明治”体系；待“三明治”体系自然干燥后，在拉曼光谱仪上对其进行拉曼光谱测试，得到不同浓度罗丹明6G溶液的SERS谱；计算不同浓度罗丹明6G溶液SERS谱的特征峰强度，得到罗丹明6G的SERS强度-浓度的关系曲线，此曲线是作为罗丹明6G定量检测的依据；将未知浓度的罗丹明6G溶液SERS强度与罗丹明6G的SERS强度-浓度关系曲线进行对照，以得出罗丹明6G溶液的浓度。

Description

定量检测痕量罗丹明6G的方法

技术领域

本发明涉及一种定量检测方法，特别是涉及利用表面增强拉曼光谱(SERS)技术定量检测溶液中超低浓度的罗丹明6G的方法。属于SERS检测技术领域。

背景技术

表面增强拉曼光谱技术由于其高灵敏度，无损，快速，结构信息量大等优点，被广泛应用于环境，食品安全等研究领域。当待测分子吸附在SERS活性基底表面受到激光照射时，其拉曼信号被极大的增强，从而可实现单分子层甚至单个分子的检测。目前常用的SERS活性基底包括粗糙金属电极，金属溶胶，复合金属溶胶，金属纳米棒，金属纳米线，金属纳米阵列，金属沉积岛膜。这些活性基底使得人们在SERS传感技术方面的研究取得了很多成果，但同时也各自存在着一些缺陷，如灵敏度低，重复性差等。因此，想要获得一种具有高灵敏度，高重复性，高稳定性，可实现对待测分子定量测量的实用传感器活性基底目前仍是一个很大挑战。

电磁增强模型认为，激光照射到金属粗糙表面时，入射电磁波诱发金属表面产生共振的表面等离子体波，极大地增强了金属表面的电磁场强度，使得吸附于表面的待测分子产生增强的拉曼散射信号。而理论研究表明，表面等离子体波的强度依赖于金属纳米结构的介电常数，尺寸和形状等因素，因此，通过控制金属纳米结构的尺寸和有序度可使得其在给定的检测环境下达到最理想的SERS效果。

罗丹明6G是一种酚类化合物，常作为重要的有机化工原料和中间体，在农业、染料、香料、橡胶、医药、感光材料等领域具有广泛的应用，对人体及其他生物的毒性较大。而现在的检测技术仅限于对中高浓度罗丹明6G的检测，而无法对其进行痕量以及定量的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用拉曼光谱仪检测痕量罗丹明6G的方法，其是基于拉曼光谱技术利用一种具有SERS活性的“三明治”体系检测出溶液中超低浓度的罗丹明6G分子。

本发明的另一目的是建立罗丹明6G的SERS强度-浓度关系曲线，以此曲线作为参照物可实现对溶液中罗丹明6G含量的定量检测。

为实现以上目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种利用拉曼光谱仪定量检测痕量罗丹明6G的方法，包括以下步骤：

1)采用交流电化学沉积法制备多个银纳米线阵列：以硝酸银/硼酸混合水溶液为电解液，在交流电压下，向AAO模板的孔洞中限域沉积银纳米线，形成银纳米线阵列；

2)制备银纳米颗粒，并分别与不同浓度的罗丹明6G溶液混合，将得到的不同浓度的混合溶液分别滴在制备好的银纳米线阵列上，形成银纳米颗粒/罗丹明6G溶液/银纳米线阵列的SERS增强“三明治”体系；

3)待“三明治”体系自然干燥后，在拉曼光谱仪上对其进行拉曼光谱测试，得到不同浓度罗丹明6G溶液的SERS谱；

4)计算不同浓度罗丹明6G溶液SERS谱的特征峰强度，得到罗丹明6G的SERS强度-浓度的关系曲线，此曲线是作为罗丹明6G定量检测的依据；

5)将未知浓度的罗丹明6G溶液SERS强度与罗丹明6G的SERS强度-浓度关系曲线进行对照，以得出罗丹明6G溶液的浓度。

其中所述的硝酸银的浓度为0.04-0.06mol/L，硼酸的浓度为25-30g/L，交流电压为17-18V、50HZ，沉积时间为100-120S，AAO模板的孔径为50-60nm。

其中所述的银纳米线阵列中的银纳米线的直径为50-60nm，长度为1-1.2μm。

其中所述的银纳米颗粒的直径为70-90nm。

其中所述拉曼光谱测试使用的拉曼光谱仪的参数设置为：激光波长532nm、功率5mW、扫面范围为200-2000cm^-1。

其中所述的罗丹明6G溶液SERS强度-浓度关系曲线为一条对数线性关系曲线，该关系曲线的公式为logI＝0.1498*logC+2.6337，其中：I为SERS强度，C为罗丹明6G溶液浓度。

本发明的优点在于：1.本方法通过控制银纳米颗粒和银纳米线阵列的尺寸，使其吸收峰与所用激光波长相匹配。因此当激光照射到“三明治”体系表面时可激发出极强的表面等离子体波，有利于热点的形成。并且本方法所采用的“三明治”体系可使得罗丹明6G溶液的分子大部分都处在银纳米颗粒和银纳米线阵列之间的热点区域内，SERS信号被极大增强，检测极限达到10^-19mol/L。因此，本检测方法的灵敏度很高。2.本方法检测到罗丹明6G的SERS强度-浓度之间存在着良好的对数线性关系，因此，本方法可用于物质的定量检测。3.本方法制备的银纳米线阵列的银纳米线直径和长度均一，且被固定在AAO模板的孔洞里；银纳米颗粒尺寸均匀，与罗丹明6G溶液混合后随机吸附在银纳米线阵列的表面上，在整个表面上密度是均匀的；因此在随机检测中“三明治”体系表面被激光束照射到的热点数目应该都是相等的，也就是说在表面不同位置所检测到的SERS信号强度的差别很小。因此，本检测方法具有很高的重复性。4.本方法制备的“三明治”体系保存一周后再进行拉曼检测，其SERS性能与一周前基本保持一致，表明此基底具有较强的稳定性。

因此，基于其高灵敏度，高重复性和稳定性，快速，无损等优点，此“三明治”体系可以广泛应用于其它痕量物质的定量检测中。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是本发明所述的“三明治”体系的结构示意图。

图2是本发明所述的不同浓度罗丹明6G溶液的SERS谱图。

图3是本发明所述的罗丹明6G溶液SERS强度-浓度关系曲线。

图4是本发明所述的超低浓度罗丹明6G溶液的“三明治”体系的SERS谱图和纯罗丹明6G溶液的普通拉曼谱图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种利用拉曼光谱仪定量检测痕量罗丹明6G的方法，包括以下步骤：

1)采用交流电化学沉积法制备多个银纳米线阵列20，制备方法如下：首先利用两步阳极氧化法制备AAO模板10，所用二次氧化电压为45V，二次氧化时间为30min，之后以2V/min的速度将电压连续下调至11-13V，获得阻挡层较薄的AAO模板10。将其浸入去离子水中静置30分钟，去除杂质离子。此AAO模板10仍保留铝层和阻挡层，其孔径为50-60nm。之后，将0.04-0.06mol/L的硝酸银和25-30g/L的硼酸加入200ml的去离子水中制成的透明混合溶液做为电解液，保留铝层和阻挡层的AAO模板10和铂电极分别作为两个电极浸入电解液中，在两电极之间加17-18V、50HZ的交流电压进行电化学沉积，100-120S后，关掉电源，迅速将电解液倒出，然后用去离子水反复清洗沉积后的AAO模板10，此时AAO模板10的孔洞中已经沉积满了银纳米线阵列20，颜色也由透明变为黑色。之后用高氯酸/氯化铜的过饱和溶液将沉积后的AAO模板10背面的铝层去除，再用质量分数为5％的磷酸溶液去除阻挡层，去除时间为90-100min，使得沉积在AAO模板10孔洞中的银纳米线阵列20的尖端部分刚好裸露出来，此时颜色变为深灰色。之后将银纳米线阵列20浸入60℃的去离子水中静置30分钟，以去除其表面的杂质离子，取出后放入无水乙醇中保存。制备好的银纳米线阵列20的银纳米线直径为50-60nm，长度为1-1.2μm。

2)制备直径为70-90nm，形状不规则，棱角较多的灰色银纳米颗粒30，分别与多种不同浓度(2×10^-8-2×10^-20mol/L，间隔为一个数量级)的罗丹明6G溶液40按体积比1∶1混合，将混合溶液超声振荡10min，之后用移液器将不同浓度的混合溶液分别滴在制备好的银纳米线阵列20上，自然干燥以后，就形成不同浓度的银纳米颗粒30/罗丹明6G溶液40/银纳米线阵列20的“三明治”体系。

3)利用拉曼光谱仪对制备好的“三明治”体系进行拉曼光谱测试，得到不同浓度罗丹明6G溶液40的SERS谱图，如图2所示的。由图中可以看出，当罗丹明6G溶液40的浓度在2×10^-8-2×10^-18mol/L之间时，对应的SERS谱图中均出现了罗丹明6G的特征峰，这说明利用所述“三明治”体系，可以实现对上述各个浓度的罗丹明6G溶液40的检测。从图2中还可以看出，罗丹明6G溶液40的特征峰强度随着其浓度的减小而明显降低。为了得出本方法的检测极限，继续降低罗丹明6G溶液40的浓度，得到的SERS谱图如图4所示。其中图4a是纯罗丹明6G溶液40的普通拉曼谱，图4b和4C是罗丹明6G溶液40浓度分别为10^-20mol/L和10^-19mol/L时的SERS谱。可以看出，当浓度为10^-19mol/L时，罗丹明6G溶液40的拉曼特征峰还可以从背底中分辨出来，而当浓度降至10^-20mol/L时，罗丹明6G溶液40的特征峰已经完全分辨不出来了，说明此方法可检测出的罗丹明6G溶液40的最低浓度为10^-19mol/L。整个拉曼光谱测试过程是在银纳米线阵列20和银纳米颗粒30保存一星期后才进行的，所使用的拉曼光谱仪的参数设置为：激光波长532nm、束斑直径为3μm、功率为5mW、扫面范围200-2000cm^-1。

4)计算不同浓度罗丹明6G溶液40的SERS谱特征峰强度：观察SERS谱图可以看出1649cm^-1处的拉曼峰强度最大，将其作为罗丹明6G溶液40的特征峰，对其积分面积进行计算，用以代表相应的SERS信号强度。之后用origin软件拟合SERS信号强度与罗丹明6G溶液40的浓度的关系，得到一条对数线性关系曲线，线性度良好，如图3所示。该关系曲线的公式为logI＝0.1498*log C+2.6337，其中：I为SERS强度，C为罗丹明6G溶液40的浓度，此曲线是作为罗丹明6G溶液40定量检测的依据。

5)配置未知浓度的罗丹明6G溶液40，制备成所述的“三明治”体系并进行拉曼光谱测试，计算出测得的SERS谱图中1649cm^-1峰的积分面积。将其与罗丹明6G的SERS强度-浓度关系曲线进行对照，强度相同时，相应的浓度即是未知罗丹明6G溶液40的浓度。

具体实例

以下为采用本发明提供的方法定量检测溶液中超低浓度的罗丹明6G的实例。

首先制备孔径为50nm的AAO模板10待用。然后，将0.05mol/L的硝酸银和30g/L的硼酸加入200ml的去离子水中制成电解液，在17.8V、50HZ的交流电压下向AAO模板10中限域沉积银纳米线阵列20，沉积时间为120S，之后用去离子水反复清洗沉积后的AAO模板10。用高氯酸氯化铜的过饱和溶液将沉积后的AAO模板10背面的铝层去除，再将其背面浸在质量分数为5％的磷酸溶液中90min，去除阻挡层。之后将其浸入60℃的去离子水中静置30min，去除裸露出尖端部分的银纳米阵列20表面的杂质离子，取出后放入无水乙醇中保存。制备的银纳米线阵列20的银纳米线直径为50nm，长度为1μm。首先制备平均直径为80nm，形状不规则，棱角较多的灰色银纳米颗粒30备用。再称取微量罗丹明6G粉末，溶于10ml去离子水中，超声分散10min后，将其与制备好的银纳米颗粒30按体积比1∶1充分混合，得到灰色混合溶液。用移液器将上述混合溶液滴在银纳米线阵列20上，待其自然干燥，形成银纳米颗粒30/罗丹明6G溶液40/银纳米阵列20“三明治”体系。利用拉曼光谱仪对其进行拉曼光谱测试，获得未知浓度罗丹明6G溶液40的SERS谱。计算SERS谱1649cm^-1峰的积分面积，将其值与罗丹明6G溶液40的SERS强度-浓度关系曲线进行对照，得出罗丹明6G溶液40的浓度约为10^-13mol/L。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种利用拉曼光谱仪定量检测痕量罗丹明6G的方法，包括以下步骤：

5)配置未知浓度的罗丹明6G溶液，制备成银纳米颗粒/罗丹明6G溶液/银纳米线阵列的“三明治”体系，将未知浓度的罗丹明6G溶液SERS强度与罗丹明6G的SERS强度-浓度关系曲线进行对照，以得出罗丹明6G溶液的浓度。

2.如权利要求1所述的定量检测痕量罗丹明6G的方法，其中步骤1)所述的硝酸银的浓度为0.04-0.06mol/L，硼酸的浓度为25-30g/L，交流电压为17-18V、50HZ，沉积时间为100-120S，AAO模板的孔径为50-60nm。

3.如权利要求1所述的定量检测痕量罗丹明6G的方法，其中步骤1)所述的银纳米线阵列中的银纳米线的直径为50-60nm，长度为1-1.2μm。

4.如权利要求1所述的定量检测痕量罗丹明6G的方法，其中步骤2)中所述的银纳米颗粒的直径为70-90nm。

5.如权利要求1所述的定量检测痕量罗丹明6G的方法，其中步骤3)中所述拉曼光谱测试使用的拉曼光谱仪的参数设置为：激光波长532nm、功率5mW、扫描范围为200-2000cm^-1。

6.如权利要求1所述的定量检测痕量罗丹明6G的方法，其中步骤4)中所述的罗丹明6G溶液SERS强度-浓度关系曲线为一条对数线性关系曲线，该关系曲线的公式为logI＝0.1498*logC+2.6337，其中：I为SERS强度，C为罗丹明6G溶液浓度。