CN104122248A - 一种具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，采用一步法制备：将粒径为30～50nm植酸钠修饰的银纳米颗粒(IP6-AgNPs)和浓度为10-4～10-8M的罗丹明6G(R6G)按照体积比3:1～1:1的比例混合均匀，得到具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，记为R6G-IP6-AgNPs。上述探针用于Fe3+的检测的方法具有的优点是：制备及检测方法简单，成本低；检测结果准确，灵敏度高；对Fe3+具有特异性。
Description
技术领域
本发明属于一种Fe3+拉曼探针的制备及检测方法，具体地说是对制备银纳米颗粒进行修饰，通过修饰植酸钠和罗丹明6G得到对Fe3+有特异性的拉曼探针R6G-IP6-AgNPs，在一定光谱实验条件下，检测Fe3+的方法。
背景技术
铁元素是动植物生长所必须的元素。特别是三价铁离子，在人体的新陈代谢中起着重要作用。三价铁离子在人体中含量过多或不足都会对身体健康造成危害。过量的Fe3+会在人体中催化形成氧化物，易对脂肪、核酸和蛋白质的代谢带来危害。Fe3+含量过低会限制细胞内氧的运输，进而降低免疫系统功能。铁离子中毒会引起人体器官功能紊乱进而引发一些疾病，如贫血、血色沉着病、帕金森症、肝脏损坏等，甚至会引起癌症。因此，对三价铁离子的检测及其重要。
目前检测Fe3+离子的方法主要有原子吸收光谱法(Atomic AbsorptionSpectrometry，AAS)、电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES)、电化学阳极溶出法、高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography，HPLC)、光谱与质谱联用法等，但是这些检测方法有的所需仪器价格较高，有些需繁琐的前处理，耗时较长，所以寻找一种快速、灵敏、实时的检测技术就显得很有必要
拉曼光谱作为一种表征分子振动能级的分析技术，具有快速准确、重现性好、样品前处理简单、紧凑便携、适用广泛等特点。其在化学、物理学、生物学以及材料科学等领域一直起着重要的作用。表面增强拉曼散射光谱(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)由于其超高的灵敏度、检测时制样简单以及可避免背景荧光干扰的优点而被人们广泛应用于表面单分子研究、痕量样品的分析检测、金属缓蚀、生命科学研究及军事检测等领域。SERS应用的关键是具有较好的SERS基底，金属溶胶(Au-nano、Ag-nano、Cu-nano等)作为常用的SERS基底具有制备简单，增强效果好的优点。因此，用SERS的方法检测水体中的铁离子，可大大提高检测的灵敏度，缩短检测时间。由于拉曼光谱表征的是分子的振动信息，无法用于直接检测Fe3+。因此，可制备特异性的拉曼探针，通过加入Fe3+前后探针拉曼信号的变化来间接实现对Fe3+的检测。
迄今为止，国内外尚未有利用植酸钠修饰的Ag纳米颗粒来制备Fe3+拉曼探针及检测方法的技术报道。因此，发明一种简单、高灵敏、对Fe3+有特异性的拉曼探针对Fe3+进行检测，是一个迫切需要解决的重要技术问题。
发明内容
本发明目的是制备一种简单、高灵敏、具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，并提供其制备方法和检测方法。
本发明的目的是这样实现的：
具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针的制备方法，采用一步法制备：将粒径为30～50nm植酸钠修饰的银纳米颗粒(IP6-AgNPs)和浓度为10-4～10-8M的罗丹明6G(R6G)按照体积比3:1～1:1的比例混合均匀，得到具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，记为R6G-IP6-AgNPs。
上述方法制备的具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针用于Fe3+的检测的方法为：按照R6G-IP6-AgNPs与Fe3+体积比为3:1～2:1的比例混合制样，随后将样品吸入毛细管中，在激光的激发波长为632.8nm，激光功率为2～8mW，样品数据采集时间为5～20s的条件下对样品进行拉曼数据采集。
由于植酸钠分子含有六个不共面的磷酸酯键，对金属离子有很强的络合能力。因此，通过金属与植酸钠之间的络合作用能很好地将植酸钠修饰到银纳米颗粒表面，形成IP6-AgNPs。随后加入探针分子R6G得到Fe3+拉曼探针R6G-IP6-AgNPs，在一定的实验条件下对Fe3+拉曼探针R6G-IP6-AgNPs进行拉曼检测，由于银纳米粒子较分散，很难检测到探针分子R6G的SERS信号。当在拉曼探针R6G-IP6-AgNPs中加入Fe3+后，由于Fe3+与修饰分子植酸钠发生络合作用，Fe3+同时“拉住”相邻的银纳米颗粒使它们之间距离变小，大大增加了拉曼信号增强所需的“热点”。此时对添加有Fe3+的拉曼探针进行拉曼检测，可以发现R6G有明显的SERS信号。因此，根据拉曼探针R6G-IP6-AgNPs在是否有Fe3+出现前后R6G拉曼信号的改变可以间接检测Fe3+。
附图说明
图1：所示是修饰有植酸钠的银纳米颗粒(IP6-AgNPs)的TEM图；
图2：所示是IP6-AgNPs加入探针分子R6G形成拉曼探针R6G-IP6-AgNPs的TEM图；
图3：所示是拉曼探针R6G-IP6-AgNPs加入Fe3+后的TEM图；
图4：拉曼探针对Fe3+检测的SERS图；
图5：拉曼探针检测Fe3+的线性方程，其中A是不同浓度的Fe3+引起的R6G拉曼信号强度的增加；B是R6G拉曼信号强度与Fe3+浓度的线性关系；
图6：拉曼探针对Fe3+的特异性检测。
具体实施方式
实施例1：
采用一步法制备具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针：将粒径为30～50nm植酸钠修饰的银纳米颗粒(IP6-AgNPs)和浓度为10-4～10-8M的罗丹明6G(R6G)按照体积比3:1～1:1的比例混合均匀，得到具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，记为R6G-IP6-AgNPs。
图1是修饰有植酸钠的银纳米颗粒(IP6-AgNPs)的TEM图，从图中可以看出纳米颗粒的粒径大小为30～50nm，外层有明显的植酸钠修饰层，且颗粒较分散，粒子之间的距离较大。
图2是在IP6-AgNPs中加入探针分子R6G后形成的R6G-IP6-AgNPs的TEM图，从图中可以看出粒径大小和粒子之间的距离没有变化，植酸钠修饰层依然能明显观察到(箭头所指)。
在R6G-IP6-AgNPs中加入Fe3+后其TEM图见图3。从图中可以看到，银纳米粒子发生了团聚，纳米粒子之间的距离变小，形成大量能使拉曼信号大大增强的“热点”。
实施例2：
以修饰有植酸钠的银纳米颗粒为SERS基底与R6G(10-6M)混合后(体积比2：1)制得拉曼探针R6G-IP6-AgNPs，按照R6G-IP6-AgNPs与Fe3+体积比为3:1～2:1的比例混合制样，随后将样品吸入毛细管中，在激光的激发波长为632.8nm，激光功率为2～8mW，样品数据采集时间为5～20s的条件下对样品进行拉曼数据采集。
从图4可以看出，在没有Fe3+存在下(blank)，几乎观察不到探针分子R6G的SERS信号。当加入少量的Fe3+(0.28ppm)后，R6G的SERS信号能明显观察到，随着加入Fe3+的浓度的增加，R6G的SERS信号逐渐变强。通过R6G的SERS信号的改变，从而间接检测了Fe3+。
实施例3：
在拉曼探针溶液中加入11.2-39.2ppm的Fe3+，加入Fe3+后的拉曼探针的拉曼信号发生改变，其强度随着加入Fe3+浓度的变大而增强(图5A)，把加入Fe3+之后拉曼探针的拉曼信号强度记为I，以Fe3+浓度对I作线性方程(图5B)，该线性方程为y＝291.5064x-1035.169，R2为0.997，其中Y表示拉曼信号强度，X表示Fe3+的浓度，R表示相关系数。说明该方法可检测低浓度的Fe3+。
实施例4：
选取了浓度为200μM的Mg2+,Cu2+,Ca2+和Zn2+及浓度为1000μM的Li+,Na+,K+,Co2+,Pb2+和Mn2+做干扰实验。从图6可以看出，其他金属离子在大于200μM的浓度条件下，探针的拉曼信号变化不明显，因此其他离子不干扰Fe3+的检测，说明拉曼探针对Fe3+有特异性。
上述光谱图的拉曼实验在Dilor公司的SuperLabram II型共焦显微激光拉曼系统上进行。以波长为632.8nm的He-Ne激光器为激发光源，激光功率为5mW液氮冷却型CCD检测器(1024×256pixels)，Olympus50倍长焦距物镜,1800线/mm光栅，光栅前置狭缝(Slit)为100μm，针孔光阑孔径(hole)为1000μm，陷波滤波片。每个谱图的扫描时间为10秒，积累时间为3次。
Claims (4)
1.一种具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针的制备方法，其特征在于，采用一步法制备：将粒径为30～50nm植酸钠修饰的银纳米颗粒和浓度为10-4～10-8M的罗丹明6G按照体积比3:1～1:1的比例混合均匀，得到具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，记为R6G-IP6-AgNPs。
2.一种具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针，其特征在于，根据权利要求1所述方法制备。
3.权利要求2所述的具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针用于Fe3+的检测。
4.权利要求2所述的具有表面增强拉曼效应的Fe3+的拉曼探针用于Fe3+的检测的方法，其特征在于，按照R6G-IP6-AgNPs与Fe3+体积比为3:1～2:1的比例混合制样，随后将样品吸入毛细管中，在激光的激发波长为632.8nm，激光功率为2～8mW，样品数据采集时间为5～20s的条件下对样品进行拉曼数据采集。
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