CN109668870B - 基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法。该方法采用卟啉修饰的表面增强拉曼基底来检测溶液中铜离子浓度；包括：卟啉修饰表面增强拉曼基底，浸泡在待测溶液中，根据浸泡前后基底检测的特征拉曼峰峰强和峰位是否发生变化，判断待测溶液是否存在铜离子；卟啉修饰后基底吸附不同浓度铜离子样品，吸附前后的基底分别进行拉曼测试、主成分分析，得到主成分得分值；以卟啉探针得分值与铜离子样品的得分值的差值与铜离子的浓度作图并拟合，获得标准曲线，对铜离子浓度进行定量分析。该方法不仅具备较高的检测灵敏度、较快速的检测时间以及较好的选择性，还能够满足于现场测试的要求。

Description

基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法

技术领域

本发明涉及痕量物质检测技术领域，尤其涉及一种基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法。

背景技术

铜离子是人体的一种必需元素，铜离子的缺乏将导致人体新陈代谢的紊乱。而过多的铜离子也会对人体的健康造成损害，如造成肾脏的损伤和肠胃的紊乱。同时，过多的铜离子也会造成环境污染，带来藻类的死亡。因此，对环境中铜离子的检测具有重要的意义。

目前，检测铜离子的主要方法有原子荧光光谱法、液相色谱-质谱法和原子吸收光谱法等方法，但是它们存在检测时间长，检测设备昂贵且需要对设备熟练的技术人员才能得到可靠的结果，并且极不适用于现场的铜离子浓度的检测，一些情况下需要采用现场取样后到实验室分析的模式，即不能实现现场、实时测量，而在运输过程中易引入其他干扰物质，从而影响铜离子分析的准确性。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的在于提供一种检测速度快、灵敏度高、具有较好选择性的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供的一种基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，采用卟啉修饰后的表面增强拉曼基底来检测溶液中铜离子的浓度，包括：卟啉修饰表面增强拉曼基底，浸泡在待测溶液中，根据浸泡后基底检测的特征拉曼峰峰强和峰位相对于卟啉探针(卟啉修饰后基底)检测的特征拉曼峰峰强和峰位是否发生变化，判断该待测溶液中是否存在铜离子；卟啉修饰后基底吸附不同浓度铜离子样品，对卟啉探针和吸附不同浓度铜离子样品基底进行拉曼测试、背底扣除和面积归一化处理，并对处理后的拉曼测试光谱进行主成分分析，得到卟啉探针得分值和铜离子样品得分值；以卟啉探针得分值与铜离子样品得分值的差值和铜离子的浓度作图并拟合，获得检测铜离子浓度的标准曲线，进而对待测溶液中铜离子浓度进行定量分析。

优选地，所述方法包括以下步骤：制备表面增强拉曼基底a1；将基底a1浸泡于卟啉溶液中，浸泡时间为15min～40min，用乙醇进行冲洗，并于空气中干燥，得到卟啉修饰后的基底b1；采用便携式拉曼仪对基底b1进行拉曼测试，得到拉曼谱图b2；将基底b1置于不同浓度的铜离子样品溶液中浸泡，得到吸附了不同浓度的铜离子样品的基底c1，将c1置于空气中干燥，进行拉曼测试，得到拉曼谱图c2；将拉曼谱图b2与拉曼谱图c2进行扣背底，面积归一化，将归一化的谱图b2和c2进行PCA分析(主成分分析)，得到b2得分值(即卟啉探针的拉曼光谱得分值)和c2得分值(卟啉化合物修饰基底吸附不同浓度的铜离子样品的拉曼光谱得分值)；以b2和c2得分值的差值为纵坐标，铜离子的浓度为横坐标作图并拟合，获得检测铜离子浓度的标准曲线进而对铜离子浓度进行定量分析。

优选地，所述卟啉溶液浓度范围为5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L。

优选地，基底b1浸泡在铜离子样品溶液中的时间为20min～60min。

优选地，采用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉化合物(TCPP)对表面增强拉曼基底进行修饰，TCPP结构式为：

优选地，铜离子浓度检测范围为1×10^-3mol/L～5×10^-7mol/L。铜离子样品溶液优选1×10^-3mol/L～5×10^-7mol/L，具体优选浓度为1×10^-3mol/L、5×10^-4mol/L、1×10^-4mol/L、5×10^-5mol/L、1×10^-5mol/L、5×10^-6mol/L、1×10^-6mol/L、以及5×10^-7mol/L的铜离子样品溶液。

优选地，以卟啉化合物修饰基底的拉曼光谱得分值与卟啉化合物修饰基底检测铜离子的拉曼光谱得分值的差值为纵坐标，铜离子浓度为横坐标，在所述铜离子浓度检测范围内，得分值的差值与铜离子浓度的关系符合朗格缪尔方程

其中，y表示PC1得分值之差，x表示铜离子的浓度；铜离子浓度范围为5×10^-6mol/L～5×10^-7mol/L时，得分值的差值与铜离子浓度呈线性关系y＝0.0011+948.97x，其中，y表示得分值的差值，x表示铜离子的浓度。

优选地，选用1470cm^-1～1650cm^-1拉曼位移区域内的拉曼图谱测定溶液中铜离子。更优选地，选用1548cm^-1～1558cm^-1拉曼位移区域内的拉曼图谱测定溶液中铜离子。

优选地，所述表面增强拉曼基底可以为银基底、金基底、部分含有银的基底、以及部分含有金的基底中的一种。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点及突出性的技术效果：

本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法具备较高的检测灵敏度、较快的检测速度、以及较好的选择性。具体地，①本发明所需要的拉曼检测时间极短，10s左右即可。②本发明具有较好的金属离子选择性，几乎不受其他的重金属离子(如Cd²⁺、Co²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺)干扰。③利用本发明检测铜离子的浓度可以达到0.5μmol/L，低于饮用水水质标准(GB 5749－2006)。④本发明采用的检测设备为便携式拉曼仪，检测方便，适用于现场铜离子的检测，进一步地满足了现场测试的要求。

附图说明

图1A是本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法中实施例1得到的归一化的拉曼光谱图，其中，拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1；

图1B是图1A拉曼位移为1470cm^-1～1640cm^-1区域内的放大拉曼谱图；

图2A是本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法中实施例2得到的归一化的拉曼光谱图，其中，拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1；

图2B是本发明实施例2中将图2A中得到的拉曼光谱进行主成分分析得到的PCA得分值；

图3A是本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法中实施例3得到的归一化的拉曼光谱图，其中，拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1；

图3B是图3A拉曼位移1470cm^-1～1650cm^-1区域内的放大后拉曼光谱图；

图4A是本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法中实施例4得到的归一化的拉曼图谱；

图4B是将图4A拉曼光谱进行PCA分析得到的主成分1(PC1)得分值；

图4C是本发明实施例4中卟啉化合物修饰基底的拉曼光谱得分值与卟啉化合物修饰基底检测铜离子的拉曼光谱得分值的差值和铜离子浓度的关系拟合图。

图4D是图4C中铜离子浓度(5×10^-6mol/L～5×10^-7mol/L)与得分值之差的关系拟合图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述：

图1A是将银纳米棒基底浸泡在四种不同浓度的TCPP溶液中15min后，取出清洗干燥并对浓度为1×10^-4mol/L的铜离子进行拉曼测试得到的归一化的拉曼光谱图，如曲线a、b、c、d所示，图中曲线e为银纳米棒浸泡于浓度为5×10^-5mol/L的TCPP的拉曼光谱，拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1；图1B是图1A拉曼位移为1470cm^-1～1640cm^-1区域内的放大后拉曼谱图。

图2A是修饰了TCPP的银纳米棒基底的归一化的拉曼光谱图和将修饰TCPP后基底浸泡在不同金属离子(Co²⁺,Pb²⁺,Cd²⁺,Ni²⁺，Mn²⁺,Zn²⁺,Cu²⁺)溶液中40min得到的归一化的拉曼光谱图，该图拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1，其中，TCPP曲线是未浸泡金属离子的拉曼谱图；图2B是将TCPP修饰基底后归一化的拉曼光谱和TCPP修饰基底后吸附不同金属离子的归一化的拉曼光谱进行PCA分析后得到的PCA得分值，图中五角星代表TCPP，用其他不同形状代表不同金属离子。

图3A是修饰了TCPP的银纳米棒基底在浓度为1×10^-4mol/L的铜离子溶液中分别浸泡0min(C曲线即TCPP)，20min(A曲线)和60min(B曲线)的归一化的拉曼谱图，其中，拉曼位移为600cm^-1～1700cm^-1；图3B是图3A拉曼位移1470cm^-1～1650cm^-1区域内的放大后拉曼谱图。

图4A是利用银纳米棒基底浸泡在5×10^-4mol/L的TCPP溶液中15min得到的归一化拉曼谱图(曲线9即TCPP)，以及修饰了TCPP的银纳米棒基底浸泡在不同浓度(1×10^-3mol/L～5×10^-7mol/L)的铜离子溶液中40min得到的归一化拉曼图谱(曲线1-8所示，其中，1为1×10^-3mol/L Cu²⁺，2为5×10^-4mol/L Cu²⁺，3为1×10^-4mol/L Cu²⁺，4为5×10^-5mol/L Cu²⁺，5为1×10^-5mol/L Cu²⁺，6为5×10^-6mol/L Cu²⁺，7为1×10^-6mol/L Cu²⁺，8为5×10^-7mol/L Cu²⁺)；图4B是对图4A中曲线1-9进行PCA分析得到的主成分1(PC1)得分值图；图4C是曲线9与曲线1-8得分值的差值和铜离子浓度的关系拟合图；图4D是曲线9与曲线6-8(即Cu²⁺浓度5×10^{- 6}mol/L、1×10^-6mol/L、5×10^-7mol/L)得分值的差值和铜离子浓度的关系拟合图。

本发明提供的一种基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，该方法采用卟啉修饰后的表面增强拉曼基底来检测溶液中铜离子的浓度；包括：检测待测溶液中是否存在铜离子步骤；以及检测溶液中铜离子浓度步骤。

其中，检测待测溶液中是否存在铜离子步骤，包括：卟啉修饰表面增强拉曼基底，基底浸泡在待测溶液中，当溶液中存在一定量的铜离子时，基底检测到的卟啉的某些特征拉曼峰峰强和峰位发生变化，峰位的变化主要体现在拉曼光谱中出现了与铜离子相关的特征拉曼峰(1558cm^-1)，故，根据浸泡待测溶液后基底检测的特征拉曼峰峰强和峰位相对于卟啉探针(卟啉修饰后基底)检测的特征拉曼峰峰强和峰位是否发生变化，判断该待测溶液中是否存在铜离子。

检测溶液中铜离子浓度步骤，包括：卟啉修饰后基底吸附不同浓度的铜离子样品，对卟啉探针和吸附铜离子样品基底进行拉曼测试，对拉曼谱图进行背底扣除和归一化处理，并对处理后的拉曼光谱进行主成分分析，得到卟啉探针得分值与各铜离子样品得分值样品得分值。以卟啉探针得分值与铜离子样品得分值的差值和铜离子的浓度作图并拟合，获得检测铜离子浓度的标准曲线进而对铜离子浓度进行定量分析。

其中，表面增强拉曼光谱作为一种分子光谱，能够较好的提供分析物的指纹信息；而且，由于表面增强拉曼光谱其检测快速，检测灵敏度高，水的拉曼信号弱，极适用于溶液环境中的检测。本发明中优选地，利用1470cm^-1～1650cm^-1处表面增强拉曼光谱来测定溶液中的铜离子浓度。更优选地，采用1548cm^-1～1558cm^-1处的拉曼峰强来测定溶液中铜离子。主要优选采用1558cm^-1处的拉曼峰强来测定溶液中铜离子。

卟啉类化合物中心的四吡咯环与金属离子的尺寸相当，较易与金属离子发生配位形成金属卟啉，因此，本发明将其作为检测金属离子的传感器。更优选地，本发明中，修饰基底的络合化合物采用5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉化合物(TCPP)，结构式如下：

TCPP中含有的羧基较易与拉曼基底结合较好的吸附在基底表面，本发明通过其与金属离子的配位来检测金属离子，将其作为识别金属铜离子的表面增强拉曼探针，从而使得本发明拉曼峰峰强和峰位变化明显，进一步提高了铜离子检测的灵敏性；减少了其他重金属离子对检测结果的影响，具有较好的选择性；使得本发明对于铜离子浓度有更宽的可检范围，铜离子可检浓度可以达到0.5μmol/L，低于饮用水检测标准。

优选的，本发明中，采用必达泰克i-Raman Plus-785S型便携式拉曼仪，拉曼仪具有体积小，重量轻等特点。同时，基于拉曼检测几乎不需要对样品进行前期预处理、检测迅速和灵敏度高等优势，可以更好的满足对现场分析物的测试，使得本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法成为了一种极其适合现场检测的分析检测方法，避免了现有技术中不能实现现场实时测量的缺陷；避免了样品运输及处理过程中易引入其他干扰物质，影响分析测量的准确性；且相比于传统铜离子检测方法(如高效液相色谱法，X荧光光谱等)，拉曼检测时间极短，大约10s左右即可完成。

下面将具体地描述本发明基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，但具体顺序不限于此：

1)制备表面增强拉曼基底a1，其中，表面增强拉曼基底可以为银基底、金基底、部分含有银的基底以及部分含有金的基底。所述的表面增强拉曼基底a1的制备可以采用电子束蒸发装置，利用倾斜生长法在硅基片上生长出纯银的纳米棒阵列。其中，硅基片与水平面的倾斜角为86°，蒸发速率为

晶振片显示示数为

时镀膜结束。

2)将制备好的表面增强拉曼基底a1浸泡于卟啉溶液中，其中，卟啉优选为TCPP，浓度范围优选为5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L，浸泡时间为15min～40min，用乙醇进行冲洗1min左右，并于空气中干燥，得到修饰了卟啉探针的基底b1。

3)采用便携式拉曼仪对修饰了卟啉探针的基底b1进行五次拉曼测试，对拉曼谱图进行平均，即得到卟啉探针的b2的拉曼光谱。其中，所述的拉曼测试条件可以为：激光功率90mW，积分时间为10s，光斑为80μm。

4)将修饰了卟啉探针的基底b1置于铜离子溶液中浸泡一定时间后取出，其中，浸泡时间可以为20min～60min，优选为40min～60min，得到吸附了铜离子的基底c1。将c1置于空气中干燥，干燥后在c1基底上取五个不同的点进行拉曼测试，对拉曼谱图进行平均，即得到吸附铜离子后的拉曼谱图c2。其中，所述的拉曼测试条件可以为：功率90mW，积分时间为10s，光斑为80μm。

5)将卟啉探针的拉曼谱图b2与吸附了铜离子后的拉曼谱图c2利用origin软件进行背底扣除和面积归一化，将归一化的b2和c2图谱进行化学计量学分析—主成分分析(PCA)，得到谱图c2得分值(即卟啉化合物修饰基底吸附不同浓度的铜离子样品的拉曼光谱得分值)和谱图b2得分值(即卟啉化合物修饰基底的拉曼光谱得分值)。

6)以谱图b2和谱图c2得分值之差为纵坐标，待测溶液中铜离子的浓度为横坐标作图并拟合，得到检测铜离子浓度的标准曲线，并对铜离子浓度进行定量分析。

下面通过具体实施例结合附图对本发明进行详细描述。

实施例1

1)利用电子束蒸发装置在硅基片上倾斜生长出银纳米棒的表面增强拉曼基底a1。其中，硅基片与水平面的倾斜角为86°，蒸发速率为

晶振片显示示数为

时结束镀膜。

2)将制备好的银纳米棒表面增强拉曼基底a1浸泡于浓度为5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L的TCPP溶液中浸泡15min，并用乙醇进行冲洗1min，于空气中干燥，得到了修饰了不同浓度的TCPP的表面增强拉曼基底b1。

3)采用便携式拉曼仪在修饰了TCPP的基底b1的五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得TCPP的拉曼谱图b2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

4)将修饰了TCPP的基底b1置于1×10^-4mol/L的铜离子溶液中浸泡40min后取出，得到吸附了铜离子的基底c1。将c1置于空气中干燥。干燥后，在c1基底上取五个不同的位置进行拉曼测试并取平均的拉曼光谱，即得到吸附了铜离子后的拉曼谱图c2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

5)选取步骤2)得到的TCPP(浓度为5×10^-5mol/L)的拉曼谱图b2与基底修饰了不同浓度(5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L)的TCPP后吸附铜离子的拉曼谱图c2利用origin软件扣背底，面积归一化处理，如图1A所示，从图1中可以看出拉曼谱图中，吸附了铜离子的拉曼位移(曲线a、b、c、d)在虚线方框区域(1260cm^-1～1400cm^-1和1470cm^-1～1640cm^-1)与对应的未吸附铜离子(即曲线e)的拉曼位移明显不一样，将图1A中1470cm^-1～1640cm^-1处拉曼图谱放大得到图1B。

6)图1B中，对比未吸附铜离子的拉曼图谱(即曲线e-5×10^-5mol/L TCPP)，吸附了铜离子后拉曼位移在1548cm^-1处峰值降低，且在1558cm^-1处出现了一个特征峰(曲线a-d)。由于TCPP和AgTCPP化合物在1558cm^-1均不存在特征拉曼峰，故，本发明可以用1558cm^-1处的特征拉曼峰作为检测铜离子的判定标准，且卟啉溶液浓度为5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L时修饰的银基底均可作为检测铜离子的基底。

实施例2

1)利用电子束蒸发装置在硅基片上倾斜生长出银纳米棒的表面增强拉曼基底a1。其中，硅基片与水平面的倾斜角为86°，蒸发速率为

晶振片显示示数为

时结束镀膜。

2)将制备好的表面增强拉曼基底a1浸泡于浓度为5×10^-4mol/L的TCPP溶液中浸泡15min，并用乙醇进行冲洗1min，并于空气中干燥，得到了修饰了TCPP的表面增强拉曼基底b1。

3)采用便携式拉曼仪在修饰了TCPP的基底b1的五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到TCPP的拉曼谱图b2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

4)将基底置于1×10^-4mol/L的不同重金属离子(Cu²⁺，Cd²⁺,Co²⁺,Pb²⁺,Mn²⁺,Zn²⁺,Ni^{2 +})溶液中浸泡40min后取出，得到吸附不同重金属离子的基底c1。将c1置于空气中干燥。干燥后，在c1基底上取五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到吸附了不同的重金属离子后的拉曼谱图c2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

5)将TCPP的拉曼谱图b2与吸附了重金属离子后的拉曼谱图c2利用origin软件扣背底，面积归一化处理，如图2A所示。从图2A可以看出拉曼位移在1260cm^-1～1400cm^-1和1470cm^-1～1640cm^-1处，吸附了铜离子后的拉曼谱图与其它重金属离子、TCPP的拉曼谱图明显不一样。

6)对TCPP的拉曼谱与吸附了不同的重金属离子的拉曼谱进行化学计量学—主成分分析(PCA)。由于对每一个样品(TCPP和不同的金属离子)分别进行了五次拉曼测试，即可以得到五条拉曼光谱和五个得分值，反映在图上即五个点，结果如图2B所示。图中，横坐标为51.92％为第一主成分的累积方差贡献率；纵坐标为29.18％为第二主成分的累积方差贡献率，两个主成分的累积方差贡献率之和已经达到了81.10％，故可以只用这两个主成分来表达原始光谱中的信息。从图中可以看出，同一种类的金属离子的五个PCA得分值聚集在一起，且铜离子与其他金属离子的得分值区分明显，故，本发明用此来选择性的检测铜离子。

实施例3

1)利用电子束蒸发装置在硅基片上倾斜生长出银纳米棒的表面增强拉曼基底a1。其中，硅基片与水平面的倾斜角为86°，蒸发速率为

晶振片显示示数为

时结束镀膜。

2)将制备好的表面增强拉曼基底浸泡于浓度为5×10^-4mol/L的TCPP溶液中浸泡15min，并用乙醇进行冲洗1min，并于空气中干燥，得到了修饰了TCPP的表面增强拉曼基底b1。

3)采用便携式拉曼仪在修饰了TCPP的表面增强拉曼基底b1的五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到TCPP的拉曼谱图b2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

4)将基底置于1×10^-4mol/L的铜离子溶液中浸泡20min和60min后取出，分别得到在铜离子溶液中浸泡20min和60min的基底c1。将c1置于空气中干燥。干燥后，在c1基底上取五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到吸附了铜离子不同时间后的拉曼谱图c2。激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

5)将TCPP的拉曼谱图b2与吸附了铜离子后的拉曼谱图c2利用origin软件扣背底，面积归一化处理，如图3A所示。

6)将图3A中1470cm^-1～1650cm^-1处拉曼谱图放大，得到图3B，从图3B中可以看到，相对于TCPP修饰的银纳米棒基底所得拉曼光谱(C曲线)，浸泡铜离子时间为20min和60min时，拉曼光谱中已经出现与铜离子检测相关的特征拉曼峰1558cm^-1(曲线A和曲线B)，且浸泡时间为60min(B曲线)时1558cm^-1峰强相对浸泡时间在20min时(A曲线)更高。因此，将TCPP修饰过的银纳米棒基底置于铜离子溶液中浸泡时间为20min～60min时，均可用来检测溶液中的铜离子，为了提高检测准确性，浸泡时间更优选为60min。虽然，本发明中仅对20min～60min的浸泡时间进行了描述，但是，本申请是经过大量实验得到的。

实施例4

1)利用电子束蒸发装置在硅基片上倾斜生长出银纳米棒的表面增强拉曼基底a1。其中，硅基片与水平面的倾斜角为86°，蒸发速率为

晶振片显示示数为

时结束镀膜。

2)将制备好的表面增强拉曼基底a1浸泡于浓度为5×10^-4mol/L的TCPP溶液中浸泡15min，并用乙醇进行冲洗1min，并于空气中干燥，得到了修饰了TCPP的表面增强拉曼基底b1。

3)采用便携式拉曼仪在修饰了TCPP的表面增强拉曼基底b1的五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到TCPP的拉曼谱图b2。激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

4)将基底b1置于1×10^-3mol/L～5×10^-7mol/L(1×10^-3mol/L Cu²⁺，5×10^-4mol/LCu²⁺，1×10^-4mol/L Cu²⁺，5×10^-5mol/L Cu²⁺，1×10^-5mol/L Cu²⁺，5×10^-6mol/L Cu²⁺，1×10^{- 6}mol/L Cu²⁺，5×10^-7mol/L Cu²⁺)的铜离子溶液中浸泡40min后取出，得到吸附了不同浓度的铜离子的基底c1，将c1置于空气中干燥。干燥后，在c1基底上取五个不同的位置进行拉曼测试并取得平均的拉曼光谱，即得到吸附了不同浓度的铜离子的拉曼谱图c2。其中，激光功率为90mW，积分时间为10s，拉曼光斑为80μm。

5)将TCPP的拉曼谱图b2与吸附了不同浓度的铜离子的拉曼谱图c2利用origin软件扣背底，面积归一化处理，结果如图4A所示。

6)对归一化后的拉曼谱图进行化学计量学分析—主成分分析(PCA)，得到TCPP拉曼光谱得分值和吸附了不同浓度的铜离子拉曼光谱得分值。由于对每一个样品(TCPP和不同浓度的铜离子)分别进行了五次拉曼测试，故每一个样品可以得到五条拉曼曲线和五个得分值，对各样品得分值取平均后结果如图4B所示。图中，横坐标和纵坐标均第一主成分(PC1)，且其累积方差贡献率为75.65％，故可以只用这一个主成分来表达原始光谱中的信息。从图中可以看出，利用PCA可以清晰的将各不同浓度的铜离子进行区分。

更进一步的，将TCPP的得分值与不同浓度铜离子的得分值的差值和铜离子含量进行拟合，结果如图4C所示，其中，拟合程度R²＝0.99。结果表明，测试范围内的铜离子浓度与得分值差值的曲线满足朗格缪尔方程

其中，y表示PC1得分值之差，x表示铜离子的浓度。在高浓度时，受到基底上吸附的TCPP数量的限制，铜离子的吸附量变化较小。而在浓度为5×10^-6～5×10^-7mol/L时，铜离子的浓度与得分值的差值成线性关系y＝0.0011+948.97x，其中，y表示得分值的差值，x表示铜离子的浓度，如图4D所示，其中，拟合程度R²＝0.93，表明检测的准确性较高。基于得分值差值和铜离子浓度的关系，我们可以对铜离子浓度进行定量预测，当铜离子浓度为0.5μmol/L时，修饰卟啉后基底检测到的拉曼曲线得分值与卟啉探针拉曼曲线的得分值已经非常接近，认为可准确检测的铜离子检测浓度为0.5μmol/L。

经测试记录，采用本发明方法进行溶液铜离子检测，所需检测时间大约10s即可；对铜离子的检测不受其他重金属离子干扰，提高了铜离子检测的精准度；且可检测的铜离子检测浓度可以达到0.5μmol/L，远低于饮用水水质标准(GB5749-2006)，即铜含量1.0mg/L。本发明采用便携式拉曼仪进一步满足了现场检测的要求，本发明可广泛应用于食品安全检测、疾病诊断等环境检测中。

以上结合附图对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，该方法采用卟啉修饰后的表面增强拉曼基底检测溶液中铜离子的浓度，包括：

卟啉修饰表面增强拉曼基底，浸泡在待测溶液中，根据浸泡后基底检测的特征拉曼峰峰强和峰位相对于卟啉修饰后基底检测的特征拉曼峰峰强和峰位是否发生变化，判断该待测溶液中是否存在铜离子；

卟啉修饰后基底吸附不同浓度铜离子样品，对卟啉修饰后基底和吸附不同浓度铜离子的基底进行拉曼测试、背底扣除和面积归一化处理，并对处理后的拉曼测试光谱进行主成分分析，得到卟啉修饰后基底得分值和铜离子样品得分值；以卟啉修饰后基底得分值与铜离子样品得分值的差值和铜离子的浓度作图并拟合，获得检测铜离子浓度的标准曲线，进而对待测溶液中铜离子浓度进行定量分析。

2.如权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

制备表面增强拉曼基底a1；

将基底a1浸泡于卟啉溶液中，浸泡时间为15min～40min，用乙醇进行冲洗，并于空气中干燥，得到卟啉化合物修饰后的基底b1；

采用便携式拉曼仪对基底b1进行拉曼测试，得到拉曼谱图b2；

将基底b1置于不同浓度的铜离子样品溶液中浸泡，得到吸附了不同浓度的铜离子样品的基底c1，将c1置于空气中干燥，进行拉曼测试，得到拉曼谱图c2；

将拉曼谱图b2与拉曼谱图c2进行背底扣除，面积归一化，对归一化的谱图b2和c2进行PCA分析，得到谱图c2得分值和谱图b2得分值；

以谱图b2和谱图c2得分值之差为纵坐标，待测溶液中铜离子的浓度为横坐标作图并拟合，得到检测铜离子浓度的标准曲线，并对待测溶液中铜离子浓度进行定量分析。

3.如权利要求2所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，所述卟啉溶液浓度范围为5×10^-3mol/L～5×10^-6mol/L。

4.如权利要求2所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，基底b1浸泡在铜离子样品溶液中的时间为20min～60min。

5.如权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，采用5，10，15，20-四(4-羧基苯基)卟啉化合物对表面增强拉曼基底进行修饰，5，10，15，20-四(4-羧基苯基)卟啉化合物的结构式为：

6.如权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，铜离子浓度检测范围为1×10^-3mol/L～5×10^-7mol/L。

7.如权利要求6所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，在所述铜离子浓度检测范围内，得分值的差值与铜离子浓度的关系符合朗格缪尔方程

其中，y表示得分值之差，x表示铜离子的浓度；铜离子浓度范围为5×10^-6mol/L～5×10^-7mol/L时，得分值的差值与铜离子浓度呈线性关系y＝0.0011+948.97x，其中，y表示得分值的差值，x表示铜离子的浓度。

8.如权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，选用1470cm^-1～1650cm^-1拉曼位移区域内的拉曼图谱判定溶液中铜离子。

9.如权利要求1所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，选用1548cm^-1～1558cm^-1拉曼位移区域内的拉曼图谱判定溶液中铜离子。

10.如权利要求1-9任一项所述的基于表面增强拉曼检测溶液中铜离子浓度的方法，其特征在于，所述表面增强拉曼基底为银基底或金基底。

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