CN103968946B - 一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法 - Google Patents
一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，该方法通过拉曼光谱仪获得待测样品的动态谱图，通过谱图处理软件对动态谱图进行处理得到表面增强拉曼二维相关光谱，其特征在于，动态谱图的采集包括以下两个步骤：1、制样并标记待测位点；2、设定拉曼光谱仪的激光光强，采用拉曼光谱仪自身的激光在激光光强下对待测位点处持续照射进行微扰，同时采集待测位点处的一系列的一维表面增强拉曼光谱，得到待测样品的动态光谱图。本发明的技术方案采用拉曼光谱仪自身的激光对点样处持续照射进行微扰，操作简单，易于重现，设备简单，检测成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，通过拉曼光谱仪自身的激光对待测样品进行微扰，获得待测样品的一系列动态光谱，进而得到待测样品的二维相关光谱的同步谱和异步谱。
背景技术
表面增强拉曼光谱(SurfaceEnhancedRamanScatting,SERS)是指当一些分子被吸附到某些粗糙的金属(银、金、铜等)表面时，它们的拉曼散射会比正常拉曼散射增加103～106倍。能产生SERS效应的化合物很多，其中，带有孤对电子或π电子云的分子呈现的SERS效应最强。
近年来，随着便携式拉曼光谱仪的普及，采用表面增强拉曼光谱技术对物质的结构进行分析和鉴别应用的越来越广泛。SERS提供的是分子振动能级的指纹图谱，具有灵敏度高、特征性强、检测时间短等优点。一维表面增强拉曼光谱的特征峰代表的是某类官能团的特征增强信号，对于结构相近或者官能团特征峰易发生误解的化合物通常难以进行定性和结构鉴别，简单的一维表面增强拉曼光谱所包含的信息已经无法满足分析需求。
二维相关表面增强拉曼光谱能够呈现系列动态一维光谱中隐藏的特征变化规律，对一些较难鉴别的化合物也能进行直观定性。目前，二维相关表面增强拉曼光谱一般通过外加实验干扰或者使用外扰附件来获得。Gobind等采用控温附件获得了溶菌酶和肌红蛋白在不同温度下的系列动态SERS谱，并进行二维相关分析；Edyta等采用定制设备实现光束的匀速移动，从而获得肽电极的电压相关的二维相关图谱；Chowdhury等通过采集2-氨基苯并噻唑分子在一定时间段内不同浓度下的SERS图谱，获得浓度、时间相关的二维相关信息。
但是，外扰附件或者定制微扰设备通常价格昂贵，增加了检测成本。人为施加的外界干扰可能出现的因温度过高或pH变化过大等所致的样品体系破坏的缺点，不易控制，重现性差，且由于SERS技术本身十分灵敏，易受多种因素影响，干扰稍微过度极易导致SERS“热点”消失，从而使得增强效应降低或消失。
发明内容
本发明的目的是提供一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，该方法通过拉曼光谱仪获得待测样品的动态谱图，通过谱图处理软件对动态谱图进行处理从而得到表面增强拉曼二维相关光谱，其特征在于，动态谱图的采集包括以下两个步骤：
步骤一：制样
将待测样品的溶液滴加于活性基底上并将滴加处标记为待测位点，完成制样，或者取待测样品的溶液点于薄层板上，之后取表面增强剂点于待测样品在薄层板上的点样处，表面增强剂的点样量为2～10μL，将该点样处标记为待测位点，完成制样，
活性基底为铺有基底材料的硅片或者铺有基底材料的石英载玻片，该基底材料为金或银，薄层板为氧化铝薄层板或硅胶薄层板，表面增强剂为银溶胶、金溶胶或金银合胶；
步骤二：采集动态谱图
设定拉曼光谱仪的激光光强，采用拉曼光谱仪自身的激光在激光光强下对待测位点持续照射进行微扰，同时采集待测位点处的一系列的表面增强拉曼光谱图，每张表面增强拉曼光谱图的积分时间相同，所得到的一系列的表面增强拉曼光谱图即为待测样品的的动态谱图，激光光强为10mW～300mW之间的任意数值。
本发明的技术方案的进一步特征在于：表面增强剂为纳米银溶胶。
本发明的技术方案的进一步特征在于：薄层板为硅胶薄层板。
本发明的技术方案的进一步特征在于：活性基底为铺有基底材料的硅片。
本发明的技术方案的进一步特征在于：活性基底为铺有纳米银的硅片。
本发明的技术方案的进一步特征在于：激光光强为100mW～200mW之间的任意数值。
本发明的技术方案的进一步特征在于：当待测样品为盐酸吡格列酮或马来酸罗格列酮时，激光光强为200mW。
本发明的技术方案的进一步特征在于：表面增强剂的点样量为4～6μL。
与背景技术相比，本发明的技术方案的有益效果在于：
1.微扰设计巧妙，简便快速、易于操作
本发明利用激光持续照射时样品温度升高，及溶剂挥发加速所致的pH变化的特点，采用实验所需的拉曼光谱仪自身的激光对点样处进行持续照射，从而产生热量对待测样品进行微扰，获得系列动态SERS谱图，进而得到二维相关同步谱和异步谱。整个实验过程无需外加干扰实验，只需调控激光能量即可，避免了人为施加微扰措施时可能出现的因温度过高或pH变化过大等所致的样品体系破坏的缺点，且操作简单，易于重现。
2.无需外扰附件、检测成本低
本发明所提供的二维相关表面增强拉曼光谱采集方法用薄层板和拉曼光谱仪即可实现动态谱图的采集，无需微扰附件或外加干扰实验，设备简单，检测成本低。
附图说明
图1为实施例一中批次一的动态表面增强拉曼光谱图；
图2为实施例一中批次一的二维相关同步谱和异步谱；
图3为实施例一中批次二的动态表面增强拉曼光谱图；
图4为实施例一中批次二的二维相关同步谱和异步谱；
图5为实施例一中批次三的动态表面增强拉曼光谱图；
图6为实施例一中批次三的二维相关同步谱和异步谱；
图7为实施例二所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图8为实施例三所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图9为实施例四所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图10为实施例五所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图11为实施例七所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图12为实施例九所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图13五实施例十所得到的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；
图14为实施例十一中批次一的二维相关同步谱和异步谱；
图15为实施例十一中批次二的二维相关同步谱和异步谱；
图16为实施例十一中批次三的二维相关同步谱和异步谱；
图17为实施例十二所得到的马来酸罗格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱；以及
图18为实施例十三所得到的马来酸罗格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明所涉及的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法做进一步说明。
<实施例一>
本实施例一通过拉曼光谱仪获得待测样品的动态谱图，通过现有的谱图处理软件对动态谱图进行处理，从而得到待测样品的表面增强拉曼二维相关光谱。本实施例一选用的待测样品为盐酸吡格列酮，选用的薄层板为硅胶薄层板，选用的表面增强剂为银溶胶。
一、仪器和样品
(1)仪器：BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪(美国必达泰克公司)，激发波长785nm；
(2)银溶胶制备：取硝酸银(AgNO3)17mg加二次去离子水100ml溶解，加入1％的柠檬酸三钠1.6ml，置微波炉中以高火加热6min，溶液呈灰绿色，冷却至室温，加水至刻度处，备用。
(3)待测样品溶液的制备：取盐酸吡格列酮溶于分析纯的甲醇中，制成1mol/L的样品溶液，分为三份，分别标记为批次一、批次二和批次三。
二、对待测样品进行检测
在本实施例一所采用的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法中，动态谱图的获得包括以下两步：
步骤一：制样
取1μl批次一的样品溶液点于硅胶薄层板(以下简称硅胶板)上，将硅胶板置于显微镜下聚焦，用移液枪取银溶胶5μl，滴于样品溶液在硅胶板上的点样处，将该点样处标记为待测位点，完成制样；
步骤二：采集动态谱图
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的相关采集参数，在本实施例一中积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW，间隔时间设定为零。
在该条件下，采用该拉曼光谱仪自身的激光对待测位点进行微扰，同时采集该待测位点处的一系列表面增强拉曼光谱图，每张表面增强拉曼光谱图的积分时间相同，所得的一系列表面增强拉曼光谱图即为批次一的盐酸吡格列酮的如图1所示的动态谱图。在采集一系列表面增强拉曼光谱图过程中，激光强度和激光照射点保持不变。
完成步骤一和步骤二后，将所得的动态谱图通过Matlab7.6软件进行预处理，通过2Dshigerversion1.3软件进行绘制，即可得到如图2所示的盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
参照上述批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，分别对批次二和批次三的样品溶液进行检测，得到如图3所示的批次二的动态表面增强拉曼光谱图和如图5所示的批次三的动态表面增强拉曼光谱图。参照上述步骤二及步骤三的操作，分别得到如图4所示的批次二的二维相关同步谱和异步谱和如图6所示的批次三的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
如图2、4、6所示，三个批次的盐酸吡格列酮检测得到的二维相关同步谱和异步谱基本相同。
<实施例二>
在本实施例二中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为100mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图7所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例三>
在本实施例三中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为155mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图8所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例四>
在本实施例四中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为10mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图9所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例五>
在本实施例五中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为300mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图10所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例六>
在本实施例六中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用铺有银的硅片为活性基底，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图。设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
在本实施例六所采用的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法中，动态谱图的获得包括以下两步：
步骤一：制样
将1μl待测样品的溶液滴加于活性基底上，将滴加处标记为待测位点。
步骤二：采集动态谱图
参照实施例一中步骤二所的提供的方法，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪自身的激光对待测位点进行微扰得到待测样品的动态谱图，将所得的动态谱图采用相关的谱图处理软件进行处理后，即可得到盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例七>
在本实施例七中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用铺有银的石英载玻片为活性基底，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图。设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
参照实施例六所提供的待测样品的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图11所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例八>
在本实施例八中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的铺有金的石英载玻片为活性基底，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图。设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
参照实施例六所提供的待测样品的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例九>
在本实施例九中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为薄层氧化铝板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图12所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例十>
在本实施例十中，取1mol/L的盐酸吡格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，选取金溶胶作为表面增强剂。
金溶胶制备方法为：取HAuCl450mg加二次去离子水500mL溶解，加热至沸腾。将1％的柠檬酸三钠水溶液8.7mL逐滴加入，并剧烈搅拌。得到葡萄酒红色胶体，冷却至室温，备用。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为200mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图13所示盐酸吡格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例十一>
本实施例十一通过拉曼光谱仪获得待测样品的动态谱图，通过现有的谱图处理软件对动态谱图进行处理，得到待测样品的表面增强拉曼二维相关光谱。本实施例十选用的待测样品为马来酸罗格列酮，选用的薄层板为硅胶薄层板，选用的表面增强剂为银溶胶。
一、仪器和样品
(1)仪器：BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪(美国必达泰克公司)，激发波长785nm；
(2)银溶胶制备：取硝酸银(AgNO3)17mg加二次去离子水100ml溶解，加入1％的柠檬酸三钠1.6ml，置微波炉中以高火加热6min，溶液呈灰绿色，冷却至室温，加水至刻度处，备用。
(3)取马来酸罗格列酮作为待测样品，取马来酸罗格列酮适量，溶于分析纯的甲醇中，制成三份1mol/L的样品溶液，分为三份，分别标记为批次一、批次二和批次三。
二、对待测样品进行检测
参照实施例一所提供的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，分别对三个批次的马来酸罗格列酮进行检测，得到如图7、8、9所示的三个批次的马来酸罗格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
如图14,15,16所示，三个批次的马来酸罗格列酮检测得到的二维相关同步谱和异步谱基本相同。
<实施例十二>
在本实施例十二中，取1mol/L的马来酸罗格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，选取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为100mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图17所示马来酸罗格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
<实施例十三>
在本实施例十三中，取1mol/L的马来酸罗格列酮的甲醇溶液作为待测样品的溶液，选用的薄层板为硅胶薄层板，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，选取实施例一中制备的银溶胶作为表面增强剂。
设定BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪的积分时间设定为5s，激光强度设定为150mW。
参照实施例一中批次一样品溶液的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，得到如图18所示马来酸罗格列酮的表面增强拉曼二维相关光谱的同步谱和异步谱。
实施例的作用与效果
上述实施例一至实施例十三所提供的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，与背景技术相比，有益效果在于：
1.微扰设计巧妙，简便快速、易于操作
上述实施例采用拉曼光谱图自身的激光对待测位点持续照射作为微扰，获得待测样品一系列的动态SERS谱图，进而得到二维相关同步谱和异步谱。整个实验过程无需外加干扰实验，只需调控激光能量即可，避免了人为施加微扰措施时可能出现的因温度过高或pH变化过大等所致的样品体系破坏的缺点，且操作简单，易于重现，对待测样品三个批次进行测试，所得谱图相同。
2.无需外扰附件、检测成本低
上述实施例所提供的二维相关表面增强拉曼光谱采集方法采用便携式拉曼光谱仪即可进行动态谱图采集，无需微扰附件或外加干扰实验，设备简单，检测成本较低。
当然，本发明所涉及的二维相关表面增强拉曼光谱采集方法并不仅仅限定于上述实施例中的内容。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。
另外，本发明的所涉及的激光强度可以为在动态光谱采集过程中保证无样品灼烧情况出现所采用的任何强度，优选10～300mW之间的任意数值。
另外，在上述实施例中，采用BWS415-785H型便携式拉曼光谱仪采集相关动态谱图，本发明的技术方案可以适用于所有市售的拉曼光谱仪。
另外，上述实施例中，采用盐酸吡格列酮和马来酸罗格列酮作为待测样品，仅为本发明的技术方案的举例说明，本发明的技术方案可以适用于多种样品的二维相关表面增强拉曼光谱采集，包括化合物纯品、混合物和天然产物样品等。
另外，在上述实施例中，采用的积分时间为5s，这仅是本发明的技术方案的一个举例说明，在本发明的技术方案中，只要保证所得的每张表面增强拉曼光谱图的积分时间相同，积分时间可以进行不同设定。
另外，上述实施例中，采用银溶胶或金银溶胶作为表面增强剂，本发明的技术方案还可以选用金银合胶，优选为纳米银溶胶。
另外，上述实施例中，表面增强剂的滴加量为5μl，本发明的技术方案所涉及的表面增强剂的添加量可以选自2～10μL之间的任意数值，优选4～6μL。
Claims (8)
1.一种表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，该方法通过拉曼光谱仪获得待测样品的动态谱图，通过谱图处理软件对所述动态谱图进行处理从而得到所述表面增强拉曼二维相关光谱，其特征在于，所述动态谱图的采集包括以下两个步骤：
步骤一：制样
将所述待测样品的溶液滴加于活性基底上并将滴加处标记为待测位点，完成所述制样，或者取所述待测样品的溶液点于薄层板上，之后取表面增强剂点于所述待测样品在所述薄层板上的点样处，所述表面增强剂的点样量为2～10μL，将该点样处标记为待测位点，完成所述制样，
所述活性基底为铺有基底材料的硅片或者铺有基底材料的石英载玻片，该基底材料为金或银，所述薄层板为氧化铝薄层板或硅胶薄层板，所述表面增强剂为银溶胶、金溶胶或金银合胶；
步骤二：采集所述动态谱图
设定所述拉曼光谱仪的激光光强，采用所述拉曼光谱仪自身的激光在所述激光光强下对所述待测位点持续照射进行微扰，同时采集所述待测位点处的一系列的表面增强拉曼光谱图，每张表面增强拉曼光谱图的积分时间相同，所得到的一系列的表面增强拉曼光谱图即为所述待测样品的所述动态谱图，所述激光光强为10mW～300mW之间的任意数值。
2.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述表面增强剂为纳米银溶胶。
3.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述薄层板为硅胶薄层板。
4.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述活性基底为铺有基底材料的硅片。
5.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述活性基底为铺有纳米银的硅片。
6.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述激光光强为100mW～200mW之间的任意数值。
7.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：当所述待测样品为盐酸吡格列酮或马来酸罗格列酮时，所述激光光强为200mW。
8.根据权利要求1所述的表面增强拉曼二维相关光谱的采集方法，其特征在于：所述表面增强剂的点样量为4～6μL。
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