CN108680555A

CN108680555A - 一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法

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Publication number: CN108680555A
Application number: CN201810281729.9A
Authority: CN
Inventors: 李丹; 段化珍; 马亚丹; 杜乐; 邓维
Original assignee: Shanghai Institute of Technology
Current assignee: Shanghai Institute of Technology
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2018-10-19
Anticipated expiration: 2038-04-02
Also published as: CN108680555B

Abstract

本发明公开了一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法。其包括以下步骤：(1)晶种法合成金纳米棒；(2)加入L‑半胱氨酸到金纳米棒溶液中，得到L‑半胱氨酸修饰的金纳米棒材料；(3)水热法合成金纳米球；(4)将对巯基苯胺加入到金纳米球中，得到对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料；(5)将L‑半胱氨酸修饰的金纳米棒材料和对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料混合，通过肽键作用得到金纳米棒和金纳米球复合材料，作为SERS活性基底；(6)利用拉曼光谱仪检测敌百虫和西玛津，从而对海水中敌百虫和西玛津进行定性和定量分析检测。本发明具有分析快速、灵敏度高、样品用量少、应用范围广、操作简便和携带方便等特点。

Description

一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法

技术领域

本发明属于海洋环境有机污染物快速检测技术领域，具体的说，涉及一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法。

背景技术

敌百虫(trichlorfon)、西玛津(Simazine)等农药在农业领域广泛的作为保护性杀菌剂，以促进植物的生长。然而,由于其高毒性、生物和环境持久性、农药在海水、沉积物和海洋产品等沿海环境造成不良的健康影响。根据美国环境保护署和欧盟的规定，饮用水中单个农药和农药总量的最高允许浓度分别为0.1μg/L和0.5μg/L。因此，亟待建立针对海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法。

传统的检测方法，如GC，HPLC和荧光法，广泛用于微量农药的测定。然而这些方法中的许多方法耗时，昂贵并且劳动密集。此外，它们通常需要复杂的样品预处理程序，因此不容易用于复杂样品中分析物的高通量筛选。近年来，中国专利(公开号CN 102507820 A)通过分子印迹固相萃取和气相色谱联用，痕量检测敌百虫；中国专利(公开号CN107655990A)通过气质联用检测农田环境中的西玛津残留，以上两种方法虽然准确，灵敏度高，但是仍具有选择性、耗时，昂贵等不足。

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增加10⁴～10⁶倍。由于SERS技术快速灵敏的特点，广泛用于食品安全、生物检测等方面。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。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种海水中敌百虫和西玛津现场快速检测的方法。本发明利用表面增强拉曼光谱技术分析海水中的敌百虫和西玛津，具有高通量、简单快速、选择性好和灵敏度高的优点，有望进一步应用于农业和环境分析检测领域。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法，其以金纳米棒和金纳米球复合材料Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs作为SERS活性基底，采用便携式拉曼光谱仪对待测海水样品进行拉曼信号的检测，获得样品的SERS图谱，与敌百虫、西玛津固体的图谱对照，从而实现海水样品中敌百虫和西玛津的定性定量检测；其中：SERS活性基底的制备方法具体如下：

①将20μL 6～10mg/mL的L-半胱氨酸加入到20μL的0.8×10^-8～1.2×10^-8mol/L金纳米棒溶液中，25～28℃的室温条件下搅拌5min，得到L-半胱氨酸修饰的金纳米棒溶液AuNRs/L-Cys；

②将20μL 6～10mg/mL对巯基苯胺加入到20μL 0.8×10^-8～1×10^-8mol/L的金纳米球溶胶中，25～28℃的室温条件下搅拌5min，得到对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料溶液；

③将10μL L-半胱氨酸修饰的金纳米棒溶液Au NRs/L-Cys与10μL对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料溶液于25℃的pH＝7的PBS缓冲溶液中按照体积比1：1混合，反应3-10min，通过肽键作用得到金纳米棒和金纳米球复合材料溶液Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs。

本发明中，激发波长为785nm，积分时间为10s。

本发明中，金纳米棒通过晶种法制备；金纳米球通过水热法制备。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

1、本发明通过肽键作用将金纳米棒和金纳米球连接起来，得到一种均匀性、稳定性的高强度SERS活性基底材料。通过表面增强拉曼光谱技术，可同时实现样品中的敌百虫和西玛津的选择性检测，该法不仅可消除其他物质的干扰，而且可提高敌百虫和西玛津的检测灵敏度；

2、本发明具有操作简便、应用范围广泛、快速高效和便于携带等特点，而且样品用量少，满足了痕量检测的需求；

3、通过便携式拉曼光谱仪，可实现对产品中敌百虫和西玛津的现场快速定性和半定量检测，敌百虫和西玛津的检测限分别为2.5×10^-10M和3.3×10^-10M。

附图说明

图1是本发明实施例中Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs的TEM图。

图2是本发明实施例中敌百虫和西玛津固体的SERS图谱。

图3是本发明实施例中不同浓度敌百虫的SERS图谱，图中所示标记(五角星)为敌百虫的图谱特征峰。

图4是敌百虫的标准品浓度与特征峰强度(445±2cm^-1)线性关系示意图。

图5是本发明实施例中电化学富集不同浓度西玛津的SERS图谱，图中所示标记(五角星)为西玛津的图谱特征峰。

图6是西玛津的标准品浓度与特征峰强度(642±2cm^-1)线性关系示意图。

图7是本发明实施例中选择性实验的SERS图谱。

图8是本发明实施例的检测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1：表面增强拉曼技术检测敌百虫和西玛津

(1)由晶种法制备金纳米棒

a.制备金纳米种子溶液：25～28℃的温度下，10mL 0.1M十六烷基溴化铵(CTAB)水溶液与0.25mL 0.01M四氯金酸水溶液混合均匀后，快速加入0.6mL 0.01M硼氢化钠溶液(冰水浴保存)，搅拌3min，25～28℃的室温静置2h后备用。此时金浓度0.25mmol/L。

b.制备金纳米棒：25～28℃的温度下，10mL 0.1M的十六烷基三甲基溴化铵水溶液与 0.01M的四氯金酸水溶液混合均匀后再加入0.1mL 0.01M硝酸银和0.2mL 1M盐酸，充分搅拌，加入0.08mL 0.1M抗坏血酸作还原剂，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8000r离心5min，用纯水洗涤三次，除去多余的十六烷基溴化铵。

(2)取20μL 8mg/mL的L-半胱氨酸加入到20μL 1×10^-8M的金纳米棒溶液中，得到L-半胱氨酸修饰的金纳米棒材料(Au NRs/L-Cys)。

(3)由水热法合成金纳米球

取10mL 1.0mmol/L的氯金酸水溶液与10mL 0.1wt％的柠檬酸三钠溶液混合加入到圆底烧瓶中，用去离子水稀释至50mL，搅拌回流30min，待溶液变成深红色停止反应，自然冷却后用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。

(4)将20μL 8mg/mL的对巯基苯胺加入到20μL 1×10^-8M的金纳米溶胶中，得到对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料溶液(ATP/Au NPs)。

(5)将10μL L-半胱氨酸修饰的金纳米棒材料(Au NRs/L-Cys)与10μL对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料(ATP/Au NPs)于25℃的PBS(pH＝7)缓冲溶液中按照体积比1：1混合，通过肽键作用得到金纳米棒和金纳米球复合材料溶液(Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs)，作为表面增强拉曼活性基底，Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs的TEM图如图1所示。

(6)SERS检测敌百虫和西玛津

取20μL(5)中金纳米棒和金纳米球复合材料与10μL 5×10^-5M的敌百虫或者西玛津溶液混合，使用移液枪取10μL上述混合溶液滴加在硅片上，采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，获得样品的SERS图谱，与敌百虫、西玛津固体的图谱对照从而实现定性定量检测(图2)。

配制不同浓度的敌百虫标准溶液，采用SERS技术检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰445 ±2cm^-1作为判定敌百虫的特征峰。随着待测溶液中敌百虫的浓度逐渐加大(5.0×10^-9M(mol/L)～5.0×10^-2M(mol/L))，拉曼光谱图中445±2cm^-1、两处的特征峰强度随之逐渐增大(图3)，选择以445±2cm^-1对应峰强度结合线性曲线(图4)可对敌百虫的含量进行计算；根据敌百虫的浓度与拉曼信号强度之间的线性关系，检测限(DL)根据3倍测定空白标准偏差(δ)与线性曲线斜率(k)的比值计算得到，即DL＝3δ/k，可得到敌百虫的检测限；配制不同浓度的西玛津标准溶液，采用SERS技术检测其光谱信号，采用拉曼光谱峰642±2cm^-1作为判定西玛津的特征峰。随着待测溶液中西玛津的浓度逐渐加大(5.0×10^-9M(mol/L)～ 5.0×10^-2M(mol/L))，拉曼光谱图中642±2cm^-1两处的特征峰强度随之逐渐增大(图5)，选择以642±2cm^-1对应峰强度结合线性曲线(图6)可对西玛津的含量进行计算，根据西玛津的浓度与拉曼信号强度之间的线性关系，检测限(DL)根据3倍测定空白标准偏差(δ)与线性曲线斜率(k)的比值计算得到，即DL＝3δ/k，可得到西玛津的检测限。

(7)选择性实验

选择2-氨基乙基膦酸、杀螟丹作为干扰物质，使用便携式拉曼光谱仪测其固体的SERS 光谱，激发波长为785nm，积分时间为10s。按照(6)中方法得到敌百虫、西玛津的SERS光谱曲线，将其与2-氨基乙基膦酸、杀螟丹固体的SERS光谱对比。(图7)结果表明，2- 氨基乙基膦酸、杀螟丹的SERS信号并不会与敌百虫和西玛津的特征峰445±2cm^-1和642± 2cm^-1重叠，因此，本发明选择性较强，其他的农残分子并不会影响敌百虫、西玛津的选择性检测。

实施例2：检测海水中的敌百虫和西玛津

图8示意性地给出了本发明实施例的海水中的敌百虫和西玛津的流程图，所述检测方法包括以下步骤：

(1)由晶种法制备金纳米棒，步骤同实施例1；

(2)制备L-半胱氨酸修饰的金纳米棒材料(Au NRs/L-Cys)，步骤同实施例1；

(3)由水热法合成金纳米球，步骤同实施例1；

(4)制备对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料(ATP/Au NPs)，步骤同实施例；1

(5)制备金纳米棒和金纳米球复合材料(Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs)，步骤同实施例 1；

(6)SERS检测海水中的敌百虫和西玛津。

实验室用的3种海水样品取自杭州湾(同时期，不同区域取样)，取20μL(5)中金纳米棒和金纳米球复合材料与10μL海水混合，使用移液枪取10μL上述混合溶液滴加在硅片上，采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，获得海水样品的SERS图谱，与敌百虫、西玛津的标准曲线对照，从而求得海水样品中敌百虫、西玛津的含量，敌百虫和西玛津的常用分析检测方法是气相色谱-质谱法(GB 23200.8-2016)，所取水样同时采用气相色谱-质谱联用仪进行分析检测，检测结果如表1所示。从表1可见，本发明的分析结果与气相色谱-质谱法的结果匹配度较好，表明本方法具有较好的检测准确度，有望作为一种快速检测方法用于农药残留的快速分析检测。

表1

Claims

1.一种海水中敌百虫和西玛津的现场快速检测方法，其特征在于，其以金纳米棒和金纳米球复合材料Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs作为SERS活性基底，采用便携式拉曼光谱仪对待测海水样品进行拉曼信号的检测，获得样品的SERS图谱，与敌百虫、西玛津固体的图谱对照，从而实现海水样品中敌百虫和西玛津的定性定量检测；其中：SERS活性基底的制备方法具体如下：

①将20μL 6～10mg/mL的L-半胱氨酸加入到20μL的0.8×10^-8～1.2×10^-8mol/L金纳米棒溶液中，25～28℃的条件下搅拌5min，得到L-半胱氨酸修饰的金纳米棒溶液Au NRs/L-Cys；

②将20μL 6～10mg/mL对巯基苯胺加入到20μL的0.8×10^-8～1.2×10^-8mol/L金纳米球溶胶中，25～28℃的室温条件下搅拌5min，得到对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料溶液；

③将10μL L-半胱氨酸修饰的金纳米棒溶液Au NRs/L-Cys与10μL对巯基苯胺修饰的金纳米球复合材料溶液于25℃的pH＝7的PBS缓冲溶液中按照体积比1：1混合反应3-10min，通过肽键作用得到金纳米棒和金纳米球复合材料溶液Au NRs/L-Cys@ATP/Au NPs。

2.根据权利要求1所述的现场快速检测方法，其特征在于，激发波长为785nm，积分时间为10s。

3.根据权利要求1所述的现场快速检测方法，其特征在于，长径比为3.5～4.0、直径为22～30nm的金纳米棒通过晶种法制备；金纳米球通过水热法制备。