CN107219212A - 一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料及其制备方法 - Google Patents

一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料及其制备方法。具体步骤如下：(1)晶种法合成金纳米棒；(2)制备对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料；(3)水热法合成金纳米球；(4)制备1‑氨基‑8‑巯基萘修饰的金纳米球复合材料；(5)在酸性条件下，将对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料与亚硝酸根混合生成重氮盐；(6)将重氮盐与1‑氨基‑8‑巯基萘修饰的金纳米球混合会生成偶氮染料；(7)利用偶氮染料的表面增强拉曼光谱信号间接对亚硝酸根进行定性和定量检测。本发明的基底具有良好的表面增强拉曼活性，可应用于环境和食品样品中亚硝酸盐的快速检测。

Description

一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料及其制备方法
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体地说，涉及一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料及其制备方法。
背景技术
亚硝酸盐广泛存在于人类环境中，人类体内的硝酸盐在微生物的作用下可还原为亚硝酸盐；在食品工业可作为肉制品的护色剂，常加到腊肉和火腿中增加其色泽，使其美观；还可以作为防腐剂。亚硝酸盐的颜色和味道和食盐相似，难以分辨。高剂量的亚硝酸盐具有很大的毒性，会影响红细胞的运作，导致缺氧死亡。在烹饪等条件下，亚硝酸盐与氨基酸降解反应，生成亚硝胺，具有强致癌性。亚硝酸盐与我们的生活息息相关，传统的检测方法有液相色谱法、气质联用、试剂盒等，这些方法，操作复杂、需要时间较长且仪器较贵。中国专利申请(CN102519890A)通过联苯胺或其衍生物的重氮化反应来检测亚硝酸根离子，该法虽然简单，但该发明具有一定的局限性。当检测的样品不是分析纯时，需要提纯；当条件不温和时，需要复杂的设备，不经济。因此需要寻找一种简单、高效、快速、实时、经济的方法检测亚硝酸盐。
表面增强拉曼散射(SERS)是指当一些分子被吸附到某些粗糙金属(Au、Ag、Cu等)表面时，它们的拉曼散射强度会有极大的增强效果。而表面增强拉曼散射效果与基底的材料、表面粗糙化程度密切相关。利用表面增强拉曼光谱技术可实现物质的高效、快速现场检测，因此亚硝酸盐的检测可以采用表面增强拉曼技术，而表面增强拉曼散射的效果与基底材料密切相关，故我们致力于发明一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料的制备及其应用。本发明快速高效、操作简单、灵敏度高、环保无污染，得到的表面增强拉曼基底材料形貌均匀、拉曼活性较高且比较稳定。
本发明技术方案具体介绍如下：
本发明提供一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)由晶种法制备金纳米棒，再将对巯基苯胺和盐酸加入到金纳米棒溶液中反应，得到对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料；
(2)将氯金酸和柠檬酸三钠溶液混合后，水热法合成金纳米球溶胶；再将1-氨基-8-巯基萘加入到金纳米球溶胶中反应，得到1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球复合材料；
(3)在酸性条件下，将对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料与不同浓度的亚硝酸根混合会生成重氮盐；
(4)取重氮盐与1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球混合生成偶氮染料；
(5)取偶氮染料滴加在硅片上，使用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，采集偶氮盐的SERS光谱；根据偶氮化合物的特征峰1139±2cm-1、1391±2cm-1、1435±2cm-1与亚硝酸盐浓度的关系绘制标准曲线；
(6)使用便携式拉曼光谱仪测试待测样品的拉曼信号，激发波长为785nm，积分时间为10s；
(7)将步骤(6)获得的待测样品的拉曼信号和步骤(5)获得的标准曲线进行比对，获得待测样品中的亚硝酸盐含量。
本发明中，步骤(1)中，首先将十六烷基溴化铵水溶液与氯金酸水溶液混合均匀，加入硼氢化钠溶液，搅拌、室温静置得到金种子溶液；再在十六烷基三甲基溴化铵水溶液、氯金酸水溶液、硝酸银和盐酸组成的生长液中，加入抗坏血酸和金种子溶液，得到金纳米棒，
本发明中，步骤(3)中，亚硝酸根的浓度为0,0.01,0.02,0.1和1.0mg/L。
本发明提供一种上述的制备方法得到的检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料。
与现有方法相比，本发明具有的有益效果在于：
1、本发明采用偶联反应将金纳米棒和金纳米粒子连接起来，得到的偶氮染料作为探针分子，通过偶氮染料的特征峰来判断间接亚硝酸根的存在，成本较低、方法简便、快速、高效、实时、对环境无污染。
2、本发明将金纳米棒和金纳米球连接起来，得到一种具有较强表面增强拉曼活性、催化性能、吸附性较强的活性基底材料。
附图说明
图1是对巯基苯胺修饰的金纳米棒的透射电镜图。
图2是1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球的透射电镜图。
图3是不同浓度(0,0.01,0.02,0.1,1.0mg/L)亚硝酸盐的表面增强拉曼光谱。
图4是偶氮化合物的特征峰强度(1139±2cm-1、1391±2cm-1、1435±2cm-1)与亚硝酸盐浓度的线性关系示意图。
图5是饮用水中偶氮盐的SERS光谱。
图6是火腿肠中偶氮盐的SERS光谱。
实施例1 表面增强拉曼基底材料的制备
(1)由晶种法制备金纳米棒：
a.制备金纳米种子溶液：室温条件下(20-25℃)，配制9.75mL 0.1mol/L十六烷基溴化铵水溶液，均匀搅拌至透明，滴加0.25mL 0.01mol/L氯金酸水溶液，待其在溶液中均匀分散后，快速加入新鲜配制的0.01mol/L硼氢化钠溶液(冰水浴)0.6mL，溶液由浅黄色变成棕黄色，均匀搅拌3min，室温静置2h后备用。
b.制备和纯化金纳米棒溶液：室温条件下，配制10mL 0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液，再加入0.5mL 0.01mol/L氯金酸水溶液，混合均匀后再加入0.1mL 0.01mol/L硝酸银，0.2mL mol/L盐酸，充分搅拌，加入80μL 0.1mol/L抗坏血酸，溶液由深黄色变为无色，加入12μL已制备好的金种子溶液，均匀搅拌3分钟，室温静置6h。制备好的金纳米棒溶液通过8000rpm离心5min，洗涤三次，除去多余的十六烷基溴化铵。所得金纳米棒浓度为1.8nM。
(2)对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料：8mg/mL的对巯基苯胺(含5％盐酸)加入到金纳米棒溶液中，得到对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料；如图1所示，金纳米棒的直径约为62.5nm，而且纳米材料分散均一。
(3)水热法合成金纳米球
在250mL的圆底烧瓶中准确加入10mL 1.0mmol/L的氯金酸水溶液到，然后在圆底烧瓶中准确加入10mL 0.1％的柠檬酸三钠溶液并用去离子水稀释至50mL，在剧烈搅拌下加热煮沸回流30min。待溶液变成深红色停止反应，自然冷却后用0.45μm的微孔滤膜除去反应液中的大颗粒和沉淀物，滤液即为金纳米溶胶，粒径为40nm，所得金纳米溶胶浓度约为0.5mg/mL。
(4)1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球：将4mg/mL 1-氨基-8-巯基萘加入到金纳米球中，得到1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球复合材料，如图2所示，金纳米球呈均匀分散，粒径大小约为3nm。
(5)在酸性条件下，将100μL对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料与不同浓度(0,0.01,0.02,0.1,1.0mg/L)的亚硝酸根混合会生成重氮盐；
(6)取100μL重氮盐与100μL 1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球混合会生成偶氮染料(结构如下式所示)；
(7)测定不同浓度的亚硝酸盐的表面增强拉曼光谱，如图3所示，随着亚硝酸盐浓度逐渐增加，其对应的拉曼光谱信号也逐渐增强，根据偶氮化合物的特征峰(1139±2cm-1、1391±2cm-1、1435±2cm-1)与亚硝酸盐浓度的关系绘制标准曲线，如图4所示，各特征峰的浓度与信号强度的线性拟合度较好。
应用例1 检测饮用水中的亚硝酸根含量
在该应用中，前四步与实施例1中相同。
(1)准确移取待测饮用水样1mL，再用移液枪分别移取20μL对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料和20μL1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球于上述待测水饮用样中。同时直接制备空白待测饮用水样作为对照。
(2)取20μL上述加入纳米材料的饮用水样和空白饮用水样，使用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，采集偶氮盐的SERS光谱。如图5所示，从图中可见，直接检测空白饮用水样没有明显的偶氮化合物拉曼信号，而加入纳米材料的饮用水样可以观测到明显的偶氮化合物的拉曼信号，表明该纳米材料可应用于饮用水中亚硝酸盐的分析检测。
应用例2 检测火腿肠中的亚硝酸根含量
在该应用中，前四步与实施例1中相同。
(1)将待测火腿肠切下一圆片，移液枪取20μL对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料滴加在火腿肠上，再取20μL 1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球滴加在火腿肠上，用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，采集其SERS光谱，如图6所示，直接检测火腿肠样品没有明显的偶氮化合物拉曼信号，而加入纳米材料的火腿肠样可以观测到明显的偶氮化合物的拉曼信号，表明该纳米材料可应用于火腿肠中亚硝酸盐的分析检测。
(2)根据特征峰强度带入实施例1步骤(7)中标准曲线，计算火腿肠的含量如表1所示。检测结果与离子色谱法比较，两者之间结果偏差小于10％，结果表明本法的检测准确度较好，可替代离子色谱法应用于火腿肠中亚硝酸盐含量的检测。
表1
应用例3 检测红烧肉中的亚硝酸根含量
在该应用中，前四步与实施例1中相同。
(1)将待测红烧肉切下一块，移液枪取20μL对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料滴加在红烧肉上，再取20μL 1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球滴加在红烧肉上，使用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，采集其SERS光谱。
(2)根据特征峰强度带入实施例1步骤(7)中标准曲线，计算火腿肠的含量如表2所示。检测结果与离子色谱法比较，两者之间结果偏差小于10％，结果表明本法的检测准确度较好，可替代离子色谱法应用于红烧肉中亚硝酸盐含量的检测。
表2

Claims (4)

1.一种检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)由晶种法制备金纳米棒，再将对巯基苯胺和盐酸加入到金纳米棒溶液中反应，得到对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料；
(2)将氯金酸和柠檬酸三钠溶液混合后，水热法合成金纳米球溶胶；再将1-氨基-8-巯基萘加入到金纳米球溶胶中反应，得到1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球复合材料；
(3)在酸性条件下，将对巯基苯胺修饰的金纳米棒材料与不同浓度的亚硝酸根混合会生成重氮盐；
(4)取重氮盐与1-氨基-8-巯基萘修饰的金纳米球混合生成偶氮染料；
(5)取偶氮染料滴加在硅片上，使用便携式拉曼光谱仪进行拉曼信号的检测，激发波长为785nm，积分时间为10s，采集偶氮盐的SERS光谱；根据偶氮化合物的特征峰1139±2cm-1、1391±2cm-1、1435±2cm-1与亚硝酸盐浓度的关系绘制标准曲线；
(6)使用便携式拉曼光谱仪测试待测样品的拉曼信号，激发波长为785nm，积分时间为10s；
(7)将步骤(6)获得的待测样品的拉曼信号和步骤(5)获得的标准曲线进行比对，获得待测样品中的亚硝酸盐含量。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，首先将十六烷基溴化铵水溶液与氯金酸水溶液混合均匀，加入硼氢化钠溶液，搅拌、室温静置得到金种子溶液；再在十六烷基三甲基溴化铵水溶液、氯金酸水溶液、硝酸银和盐酸组成的生长液中，加入抗坏血酸和金种子溶液，得到金纳米棒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，亚硝酸根的浓度为0,0.01,0.02,0.1和1.0mg/L。
4.一种根据权利要求1～3之一所述的制备方法得到的检测亚硝酸盐的表面增强拉曼基底材料。
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