CN105548134A - 一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜及其制备方法与应用，通过于银纳米线膜表面修饰形成修饰银纳米线膜，本发明的银纳米线膜及检测方法利用修饰物与爆炸物特征离子之间的静电相互作用，实现了对无机爆炸物特征离子的检测，且实施检测了模拟的无机爆炸物，同时该修饰的银纳米线膜还能实现硝基类有机爆炸物的现场快速检测。

Description

一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜及其制备方法与应用，属于爆炸物检测分析技术领域。
背景技术
近年来，世界各地频繁发生恐怖爆炸事件，多种形式的炸药和爆炸装置被用于恐怖袭击和犯罪活动，造成大量人员的伤亡和财产的损失。爆炸物种类繁多，伪装方式多样，主要分为有机爆炸物和无机爆炸物两大类。在各种炸药中，无机爆炸物的非法使用逐渐增多，主要原因有以下几点：1、制造原料，主要是氧化剂(氯酸盐，高氯酸盐，硝酸盐，硫酸盐等无机盐)和燃料物质(碳粉，硫磺，糖和金属粉末等)等，很容易得到，造价成本比较低；2、制备方法简单，且爆炸性能良好。因此，无机爆炸物被应用在工业、农业、水利及军事方面等很多领域。
爆炸物的种类导致爆炸物的检测工作困难，能够及时有效的检测到伪装隐藏的爆炸物，已经成为国际上的一项艰巨而紧迫的重大任务。目前对于爆炸物的探测技术主要分为两大类：块体探测技术和微量探测技术。其中微量探测技术主要包括：离子迁移谱法、紫外荧光法质谱法、化学试剂法、犬科动物探测法等等。与此同时，无机爆炸物也被恐怖分子和犯罪分子用于恐怖犯罪活动中。因此，把恐怖活动遏制在未遂状态，对于严厉打击利用爆炸进行的犯罪活动有着十分重要的意义。
目前，对于爆炸物的收集方法有擦拭、真空采样、溶剂洗涤及胶带粘贴等。检测无机爆炸物方法主要有离子色谱，毛细管电泳，电喷雾质谱等，这些手段可以实现对爆炸物特征离子的定性及定量检测。但随着恐怖分子恐怖行动的隐秘性、危险性的增强，世界各国越来越需要可靠、快速的现场检测方法的出现。但由于无机爆炸物中含有难挥发的无机盐及燃料物质，因此难以实现对无机爆炸物的现场检测。2014年，李海洋报道了一种基于磷酸酸化增强技术，利用离子迁移色谱实现了快速现场检测痕量无机爆炸物。
表面增强拉曼光谱(Surface-enhancedRamanScattering,SERS)作为一种高灵敏的检测手段,最近几十年来在很多领域得到了广泛应用，如爆炸物检测分析。目前纸质的SERS基底，制备方法都是通过物理沉积，化学反应或打印上贵金属纳米结构，导致纸质SERS基底的检测信号不稳定，纸质本身的拉曼信号还会干扰SERS检测，因此，不适合于现场快速检测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜，该检测膜保证了SERS检测的均匀性和稳定性，提高SERS检测的效果，检测快速。
本发明还提供一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，制备过程简单，成本较低。
本发明的第三个目的是提供一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的应用。
本发明是采用以下技术方案来实现：
一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜，为通过于银纳米线膜表面修饰形成的一种修饰银纳米线膜。
本发明形成的修饰银纳米线膜，为表面带正电荷的化合物。
本发明优选的，所述修饰用的修饰化合物为铜试剂(DDTC)、巯基乙胺盐酸盐、3-巯基-1丙胺，硫代胆碱或2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐。
所述的硫代胆碱为溴化乙酰胆碱。
本发明使用的铜试剂(DDTC)又称DDTC钠盐或二乙基二硫代氨基甲酸钠，市购产品。
本发明优选的，所述的银纳米线膜为通过过滤方式得到的负载有银纳米结构的定量滤纸、定性滤纸、有机滤膜或无机滤膜。
上述应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，包括步骤如下：
(1)银纳米线膜的制备：取浓度10～30mg/mL的银纳米线溶胶，过滤在滤纸或滤膜上，在滤纸或滤膜上形成厚度为5～20μm的银纳米线膜；
(2)修饰银纳米线膜的制备：将步骤(1)制得的载有银纳米线膜的滤纸或滤膜浸泡于浓度为1～60mmol/L的修饰剂水溶液中，浸泡时间大于等于1h，得到修饰银纳米线膜；
(3)将步骤(2)制得的修饰银纳米线膜用水或乙醇清洗干净，即得。
本发明得到修饰银纳米线膜负载在滤纸或滤膜，不会因基底干扰SERS检测，提高了SERS检测的效果。
本发明优选的，所述的滤纸为定量滤纸或定性滤纸；所述的滤膜为有机滤膜或无机滤膜。
进一步优选的，滤纸的孔径为1～3μm，滤膜的孔径为210～230nm。
本发明优选的，银纳米线溶胶的浓度为15～20mg/mL，最为优选的，银纳米线溶胶的浓度为18.4mg/mL，银纳米线溶胶采用水热法合成。水热法合成银纳米线溶胶为现有技术，参见文献Q.N.Luuetal.,JournalofColloidandInterfaceScience,356(2011)151–158公开的银纳米线溶液水热合成法制得。
本发明优选的，银纳米线膜的厚度为8～15μm，优选的，银纳米线膜的厚度为10μm。
本发明优选的，步骤(2)的修饰剂水溶液为铜试剂(DDTC)水溶液、巯基乙胺盐酸盐水溶液、3-巯基-1丙胺水溶液，硫代胆碱水溶液或2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐水溶液。
本发明优选的，修饰剂水溶液的浓度为5～20mmol/L，优选的，修饰剂水溶液的浓度为10mmol/L；浸泡时间大于等于2h，优选的，浸泡时间为2～10h。
上述应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的应用，用于无机爆炸物或硝基类爆炸物的快速现场检测。
本发明优选的，无机爆炸物为高氯酸盐、氯酸盐、硝酸盐中的一种或两种以上混合，硝基类爆炸物为苦味酸、2,4-二硝基苯酚、2,4-二硝基间苯二酚、4,6-二硝基间苯二酚、TNT、或2,4-二硝基甲苯。
本发明优选的，通过擦拭表面的方式萃取爆炸物特征离子的检测方式进行检测。
本发明的优点如下：
1、本发明的修饰银纳米线膜，可以快速、灵敏、准确的实现无机爆炸物及硝基类有机爆炸物的现场检测，检测时间短，30s内完成检测。
2、本发明的检测方法是利用表面增强拉曼光谱检测的无需样品预处理、操作简便、检测速度快、仪器便携等特点，将萃取与检测在同一个修饰的银纳米线膜上实现，提升了爆炸物现场检测的准确性，简化了萃取和检测的时间，节约了成本，大大提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的修饰的银纳米线膜的SEM图；采用JEOLJSM-7600F冷场发射扫描电子显微镜，加速电压为5.0kV。
图2是擦拭萃取过程照片；
图3是用本发明实施例1制得的修饰的银纳米线膜作为SERS基底测得无机爆炸物的表面增强拉曼光谱图；
图4是用本发明实施例1制得的修饰的银纳米线膜作为SERS基底测得硝基苯酚类等有机爆炸物的表面增强拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本方明做进一步的说明，但不局限于此。
实施例中所用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
实施例中所用的试剂为铜试剂(DDTC)、巯基乙胺盐酸盐、3-巯基-1丙胺，硫代胆碱、2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐均可市场购得。
银纳米线溶胶的制备为现有技术，本发明采用的银纳米线溶胶，制备方法具体步骤如下：称取1.766g聚乙烯吡咯烷酮和5.9mg氯化钾在加热条件下溶于40mL乙二醇中，再称取0.68g硝酸银溶于60mL乙二醇中，将PVP/KCl/EG溶液缓慢滴入剧烈搅拌的AgNO3溶液中，将混合液在搅拌下反应10min转入250mL的反应釜中，将反应釜放入烘箱中160℃反应7h，自然冷却，得的溶液用乙醇洗涤离心两次，将所得银纳米线分散于乙醇中，备用。
实施例1：
应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，包括步骤如下：
(1)银纳米线膜的制备：取浓度18.4mg/mL的银纳米线溶胶1.5mL，过滤在滤纸或滤膜上，使银纳米线负载在膜上，再用乙醇或水清洗，在滤纸或滤膜上形成厚度为10μm的银纳米线膜；
(2)修饰银纳米线膜的制备：将步骤(1)制得的载有银纳米线膜的滤纸或滤膜浸泡于浓度为10mmol/L的铜试剂(DDTC)水溶液中，浸泡时间2h，得到修饰银纳米线膜；
(3)将步骤(2)制得的修饰银纳米线膜用水或乙醇清洗干净，即得。制得的修饰的银纳米线膜的SEM图如图1所示。
应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的应用：
(一)无机爆炸物的现场分析检测。
1)检测样品的制备
检测样品为实验室配制而成，其中鞭炮为氯酸钠与糖的混合物(4:1)，黑火药为高氯酸钠与糖的混合物(3:2)，火柴头为硝酸钠与糖的混合物(4:1)。配置三种无机爆炸物的乙醇溶液(10-3M-10-7M)。
2)擦拭萃取-SERS检测
取上述不同浓度溶液20μL滴在干净的玻璃、铜片、铝片或易拉罐上，室温下晾干，将裁剪好的修饰的银纳米线膜在甲醇，乙醇或去离子水中蘸一下，如图2所示，充分擦拭玻璃、铜片、铝片、易拉罐表面，然后进行SERS检测，测得无机爆炸物的表面增强拉曼光谱图如图3所示。
(二)硝基苯酚类等有机爆炸物的现场检测
1)检测样品的制备
检测样品为实验室配制而成，本实施例中所用硝基苯酚类有机爆炸物为苦味酸、2,4-二硝基苯酚，配制有机爆炸物的乙醇溶液(10-3M-10-7M)。
2)擦拭萃取-SERS检测
取上述不同浓度溶液滴在干净的玻璃、铜片、铝片、易拉罐上，室温下晾干，将裁剪好的修饰的银纳米线膜在甲醇，乙醇或去离子水中蘸一下，如图2所示充分擦拭玻璃、铜片、铝片、易拉罐表面，然后进行SERS检测，测得的硝基苯酚类等有机爆炸物的表面增强拉曼光谱图如图4所示。
2,4-二硝基间苯二酚、4,6-二硝基间苯二酚、TNT、2,4-二硝基甲苯检测样品的制备及擦拭萃取-SERS检测同上。
上述检测方法表明，本发明提供的检测方法是利用表面增强拉曼光谱检测的无需样品预处理、操作简便、检测速度快、仪器便携等特点，将萃取与检测在同一个修饰的银纳米线膜上实现，提升了爆炸物现场检测的准确性，简化了萃取和检测的时间，节约了成本，大大提高了检测效率。
实施例2：
同实施例1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，不同之处在于：
修饰剂为浓度为10mmol/L的巯基乙胺盐酸盐水溶液。
实施例3：
同实施例1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，不同之处在于：
修饰剂为浓度为15mmol/L的3-巯基-1丙胺水溶液。
实施例4：
同实施例1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，不同之处在于：
修饰剂为浓度为20mmol/L的硫代胆碱水溶液。
实施例5：
同实施例1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，不同之处在于：
修饰剂为浓度为25mmol/L的2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐水溶液。
实施例6：
同实施例1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，不同之处在于：
步骤(2)的浸泡时间为5h。

Claims (10)

1.一种应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜，为通过于银纳米线膜表面修饰形成修饰银纳米线膜。
2.根据权利要求1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜，其特征在于，所述修饰用的修饰化合物为铜试剂(DDTC)、巯基乙胺盐酸盐、3-巯基-1丙胺，硫代胆碱或2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐。
3.根据权利要求1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜，其特征在于，所述的银纳米线膜为通过过滤方式得到的负载有银纳米结构的定量滤纸、定性滤纸、有机滤膜或无机滤膜。
4.权利要求1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的制备方法，包括步骤如下：
(1)银纳米线膜的制备：取浓度10～30mg/mL的银纳米线溶胶，过滤在滤纸或滤膜上，在滤纸或滤膜上形成厚度为5～20μm的银纳米线膜；
(2)修饰银纳米线膜的制备：将步骤(1)制得的载有银纳米线膜的滤纸或滤膜浸泡于浓度为1～60mmol/L的修饰剂水溶液中，浸泡时间大于等于1h，得到修饰银纳米线膜；
(3)将步骤(2)制得的修饰银纳米线膜用水或乙醇清洗干净，即得。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的滤纸为定量滤纸或定性滤纸；所述的滤膜为有机滤膜或无机滤膜，滤纸的孔径为1～3μm，滤膜的孔径为210～230nm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，银纳米线溶胶的浓度为15～20mg/mL，最为优选的，银纳米线溶胶的浓度为18.4mg/mL，银纳米线溶胶采用水热法合成。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，银纳米线膜的厚度为8～15μm，优选的，银纳米线膜的厚度为10μm。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)的修饰剂水溶液为铜试剂(DDTC)水溶液、巯基乙胺盐酸盐水溶液、3-巯基-1丙胺水溶液，硫代胆碱水溶液或2-二甲氨基乙硫醇盐酸盐水溶液，修饰剂水溶液的浓度为5～20mmol/L，优选的，修饰剂水溶液的浓度为10mmol/L；浸泡时间大于等于2h，优选的，浸泡时间为2～10h。
9.权利要求1所述的应用于现场快速检测爆炸物的擦拭萃取-表面增强拉曼光谱膜的应用，用于无机爆炸物或硝基类爆炸物的快速现场检测。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，无机爆炸物为高氯酸盐、氯酸盐、硝酸盐中的一种或两种以上混合，硝基类爆炸物为苦味酸、2,4-二硝基苯酚、2,4-二硝基间苯二酚、4,6-二硝基间苯二酚、TNT、或2,4-二硝基甲苯；通过擦拭表面的方式萃取爆炸物特征离子的检测方式进行检测。
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