CN104034714A - 一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其包括如下步骤：（1）制备金属纳米粒子为内核，惰性材料为外壳的带针孔的壳层隔绝纳米粒子，所述金属纳米粒子为金、银或铜纳米粒子，外壳材料为惰性材料，所述溶胶溶剂为能够均匀分散壳层隔绝纳米粒子的液态溶剂；（2）将待测液态样品和增强试剂按照一定比例，混合均匀形成混合液；（3）混合液离心，成为浓缩液；（4）将浓缩液直接进行拉曼光谱检测。本发明可应用在液体环境中，拓展了增强拉曼光谱技术的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及拉曼光谱检测领域，具体地涉及一种利用SHINERS粒子的检测超痕量物质的方法。
背景技术
表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于高达单分子的检测灵敏度以及易于获得全波段的振动光谱等优点正发展成为一种具有广泛应用前景的分析检测手段。但是SERS能否真正发展成为一种重要的具有实际应用意义的分析技术，很大程度上决定于其数据的重现性和稳定性，其中关键问题是如何获得信号均匀而且SERS活性高的基底。其中，金属纳米颗粒是常用的SERS基底，但制备过程中尺寸难以控制，且随放置时间的增强会产生无序团聚，尤其是当加入分析物后，团聚更为严重，因而导致SERS信号的重现性差，无法实现定量分析。
在对液体样品的增强拉曼光谱检测中，虽然已报道可以加入稳定剂来改善SERS基底的稳定性，但是稳定剂的加入可能会导致SERS光谱信号的复杂化，甚至会使溶胶受到毒化而失去SERS活性，这些缺点都会限制纳米粒子的应用。所以，如何制备SERS增强效应好、稳定性好、重现性好的SERS基底即增强剂是实现SERS技术走向对液体样品的实际应用一直目前面临的难题。
近年来，纳米科技的快速发展极大地促进了SERS技术的发展，使可控制备有序高活性SERS基底成为可能．田中群等（Nature，464（7287）：392-395，2010.03.18）发展了一种新颖的壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱(Shell-isolated nanoparticle-enhancedRaman spectroscopy，SHINERS)，该方法是利用包裹有极薄的二氧化硅或者氧化铝壳层的单层Au纳米粒子作为拉曼增强热点，因而这种方法相当于在待测基底表面同时引入了上千个表面增强热点，可以获得所有纳米粒子共同增强的拉曼信号。此外，使用化学惰性壳层包裹Au纳米粒子还能防止SERS活性纳米结构直接接触待测物质。这种壳层隔绝模式最大的优点就是它具有更高的检测灵敏度，并且可在形貌各异的各种材料上广泛应用。
壳层隔绝纳米粒子虽然使得SERS检测具有广泛普适性和灵敏度，但是壳层隔绝的纳米粒子只适用于固体表面检测，对于在液体环境中的待测物质，由于壳层本身的惰性无法吸附待测物质，因此很难直接用于液体环境的检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱原理的高灵敏度、重现性好的痕量物质的检测方法，本发明方法适用于液体环境。
本发明提供的技术方案如下：
一种拉曼光谱检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备以金属纳米粒子为内核，以惰性材料为外壳的壳层纳米粒子，且外壳上具备使内核表面裸露的针孔；
（2）将待测液态样品和带针孔的壳层纳米粒子按照一定比例，混合均匀形成混合液；
（3）混合液离心，去除上清液之后，成为浓缩液；
（4）将浓缩液直接进行拉曼光谱检测。
金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子或铜纳米粒子等。
所述壳层纳米粒子的外壳材料为二氧化硅，氧化铝、氮化硅或二氧化钛等材料。
所述壳层纳米粒子内核金属纳米粒子粒径为10-300nm,惰性壳层厚度为1-5nm。
所述的待测样品包括孔雀石绿、三聚氰胺或农残（如甲基对硫磷或其它农药）。
步骤（1）的壳层纳米粒子采用溶剂均匀分散。所述溶剂为能够均匀分散壳层隔绝纳米粒子的液态溶剂，例如水。
步骤（3）混合液3000rpm-10000rpm，时间为3min-10min。根据样品的不同，离心速度和时间可以调整。
本发明壳层纳米粒子的针孔所在的内核表面无壳层包裹，即内核表面为裸露状态，可吸附溶液中的待测分子。
SHINERS粒子表面裸露出金等分子，可以选择性吸附溶液中待测物质，同时利用离心的方式，将吸附有待测物质的SHINERS粒子离心浓缩，从而提高待测物质和SHINERS增强试剂的浓度，间接提高拉曼检测的灵敏度。
本发明通过在SHINERS壳层上裸露针孔的方法，并将其作为表面增强拉曼测试的增强试剂，用于萃取和选择性富集溶液环境中超痕量物质，并通过离心方式富集浓缩待测物质，将灵敏度提高10-100倍。同时利用了SHINERS高稳定性的特点，保证了增强试剂在离心过程中不发生团聚，具有较好的稳定性。该方法具有良好稳定性，重现性以及高灵敏度的特点，可用于痕量物质的表面增强拉曼检测。
本发明的有益效果是：
1、本发明使得含针孔的壳层纳米粒子增强拉曼光谱技术可应用在液体环境中，拓展了该技术的应用范围。
2、本发明的含针孔的壳层纳米粒子增强剂的制备方法和原材料简单，尤其是壳层为惰性材料，所述壳层材料具有稳定纳米粒子的作用，同时壳层材料无复杂的拉曼信号，不会导致SERS光谱信号的复杂化，同时所述壳层材料的生物兼容性好，针对生物蛋白分子检测，不会毒化待测样品；
3、本发明的含针孔的壳层纳米粒子的壳层厚度薄，且壳层存在针孔，使得部分裸露出来的纳米金可吸附待测分子，从而具备了高灵敏度特点；惰性壳层保证了纳米粒子在吸附上待测分子后不发生团聚现象，保证了检测过程中信号的稳定性和重现性；
4、本发明的检测方法可应用于对各种极端环境下的液体样品的检测，如各种有机溶剂、各种酸碱度和各种离子强度，由于壳层的化学物理惰性防止纳米粒子之间发生物理化学作用，从而避免了团聚现象发生；
5、通过离心方式富集痕量待测物，将灵敏度提高10-100倍。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的具有针孔的纳米粒子的透射电子显微镜照片；
图2为本发明实施例3的拉曼光谱图；
图3为本发明实施例4的拉曼光谱图；
图4为本发明实施例5的拉曼光谱图；
其中A为0.1ppm,B为0.2ppm，C为0.5ppm，D为1ppm。
具体实施方式
实施例1具有针孔的纳米粒子的制备
制备以金纳米粒子为内核，以二氧化硅为外壳的壳层纳米粒子的溶胶，且二氧化硅外壳上具备使金纳米粒子的内核表面裸露的针孔，该溶胶的溶剂为水。
取200mL质量分数为0.01%的氯金酸水溶液，搅拌条件下加热至沸腾，然后加入1.4mL质量分数为1%的拧棱酸纳水溶液，并保持微沸40min，溶液由淡黄色逐渐变为棕红色，使其完全反应后自然冷却至室温，即得直径约为55±10nm的金纳米粒子溶胶。取30mL金纳米粒子溶胶作为种子，加入0.2mL浓度为1mM的氨基硅烷水溶液，室温下搅拌15min，然后加入1.6mL质量分数为0.54%的硅酸钠水溶液，搅拌2分钟后转移至温度约为98℃的水浴中，反应30min后水浴冷却至室温，即得薄壳二氧化硅包金核壳结构纳米粒子溶胶，其中二氧化硅壳层厚度约为1-2nm。
如图1所示，本实施例制备的含针孔的壳层纳米粒子的金纳米粒子内核表面包覆上了一层厚度为1-2nm的二氧化硅薄壳层。
实施例2孔雀石绿的检测
孔雀石绿是一种带有金属光泽的绿色结晶体，属三苯甲烷类染料。长期以来，渔民都用它来预防鱼的水霉病、鳃霉病、小瓜虫病等，而且为了使鳞受损的鱼延长生命，在运输过程中和存放池内，也常使用孔雀石绿。由于孔雀石绿中的化学功能团三苯甲烷具有高毒、高残留及“三致”（致畸、致癌、致突变）作用，2002年5月，农业部将“孔雀石绿”列入《食品动物禁用的兽药及其化合物清单》。但是，因为其价格便宜，而且其治疗水霉病等的功效是其他药物所“不能替代”的，所以利益的驱动使得孔雀石绿并没有退出渔业市场。
样品处理：1ml的超纯水，内含0.1ppm孔雀石绿，加实施例1制备的纳米粒子溶胶10μl,混合均匀后，离心，转速为8000rpm，时间为5分钟，离心后去上清液。
拉曼光谱采用LabRam I共聚焦拉曼系统（Jobin-YVvon，法国），激发光使用的是632.8nm的He-Ne激光，结果见图2.
实施例3牛奶中三聚氰胺的检测
婴幼儿配方乳粉中三聚氰胺的限量值为1mg/kg，高于1mg/kg的产品一律不得销售。液态奶（包括原料乳）、奶粉、其他配方乳粉中三聚氰胺的限量值为2.5mg/kg，高于2.5mg/kg的产品一律不得销售。含乳15%以上的其他食品中三聚氰胺的限量值为2.5mg/kg，高于2.5mg/kg的产品一律不得销售。
2012年7月5日，联合国负责制定食品安全标准的国际食品法典委员会为牛奶中三聚氰胺含量设定了新标准，以后每公斤液态牛奶中三聚氰胺含量不得超过0.15毫克。
样品处理：1.5ml的牛奶，内含2.5ppm三聚氰胺，加实施例1制备的纳米粒子溶胶10μl,混合均匀后，离心，转速为8000rpm，时间为5分钟，离心后去上清液。
拉曼光谱仪器和激发光同实施例2，结果见图3。
实施例4农残检测
分别配置0.1ppm，0.2ppm、0.5ppm以及1ppm的甲基对硫磷标准品，每1ml标准品加实施例1制备的纳米粒子10μl,混合均匀后，离心，转速为8000rpm，时间为5分钟，离心后去上清液.
拉曼光谱仪器和激发光同实施例2，结果见图4.
上述仅为本发明的一个具体实施例，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (8)
1.一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）制备以金属纳米粒子为内核，以惰性材料为外壳的壳层纳米粒子，且外壳上具备使内核表面裸露的针孔；
（2）带针孔的壳层纳米粒子加入待测液态样品中，混合均匀形成混合液；
（3）混合液离心，去除上清液之后，成为浓缩液；
（4）将浓缩液直接进行拉曼光谱检测。
2.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：金属纳米粒子为金纳米粒子、银纳米粒子或铜纳米粒子。
3.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：所述壳层纳米粒子的外壳材料为二氧化硅，氧化铝、氮化硅或二氧化钛。
4.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：所述壳层纳米粒子内核金属纳米粒子粒径为10-300nm,惰性壳层厚度为1-5nm。
5.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：所述的待测样品包括孔雀石绿、三聚氰胺或农残。
6.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤（1）的壳层纳米粒子采用溶剂均匀分散。
7.如权利要求6所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：所述的溶剂为水。
8.如权利要求1所述的一种超痕量物质的拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤（3）混合液离心速度为3000rpm-10000rpm，时间为3min-10min。
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