CN109738415B - 一种用于tnt检测的纳米银sers探针的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，包括银纳米棒的制备、载玻片上依次形成银纳米棒的单层和双层自组装空间结构。本发明的制备过程有两个步骤：首先，银纳米棒制备，然后，将载玻片侵入聚乙烯吡啶的乙醇溶液中，再侵入到银溶胶中，在载玻片表面形成单层自组装银纳米棒，随后将其浸入2，4‑二巯基苯胺溶液中，通过Ag‑S键作用在银纳米棒表面形成2，4‑二巯基苯胺分子层，最后，再浸入银溶胶中，制备得双层空间结构的纳米银SERS探针，实现对痕量TNT高选择性的识别和高灵敏性的检测，检测限为10^‑11mol·L^‑1。该方法制备简单，成本低廉，选择性好，灵敏度高，且对比不同形态纳米银基底的SERS增强效果。

Description

一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法

技术领域

本发明涉及材料科学领域，特别涉及一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法。

背景技术

TNT作为一种强力的爆炸物被人们广泛的应用于各个领域，然而，由于爆炸后的残留及空间的不可限制性导致微量的TNT蒸汽残留在周围的环境中。TNT可以通过皮肤，食道等进入人体引起慢性中毒，威胁人类健康。因此，迫切的需要发展一种能够快速、低成本检测环境中TNT的痕量检测方法。

目前，常规手段对爆炸物的检测方法有气相色谱法、高效液相色谱法、电化学发光法、离子色谱法、上转换法、荧光检测法、红外-傅里叶变换法、固相微萃取法、分子印迹技术等。

液相色谱法由于其分辨率高，速度快，具有较高的重现性并且可以反复使用使其在爆炸物的检测中得到应用。Gaurav等人（Forensic Science International，2007，259，101–105.）运用SPME与HPLC联用分析爆炸物的方法，特别强调了土壤和水等环境样品中的测定和监测。该方法通过使用10端口接口和与两个泵结合的C-8再聚焦单元，使SPME在炸药方面的应用得到扩大。已经优化了几个参数，以确保定量结果，例如高浓度的盐和更少的乙腈∶水比率。发现连续波/PDMS/DVB涂层在灵敏度方面优于PA。尽管液相色谱法能够实现对爆炸物的检测，但其存在涡流扩散及当流速太低时，分子扩散严重等缺点，使其在爆炸物的检测中没有被广泛的推广应用。

固相微萃取技术由于无需有机溶剂、无附属设备、对环境污染小等优点也被广泛的应用于环境检测、食品分析及药物检测中。Khalil Farhadi等人（Journal of Separation Science，2014，37（13），1578–1584.）用一种基于碳陶瓷复合材料的新型固相微萃取纤维提取和测定土壤样品中一些硝基爆炸性化合物。该方法概述了固相微萃取吸附剂的合成及其在硝基炸药预浓缩和测定中的应用。吸附剂通过将铜纳米颗粒与由甲基三甲氧基硅烷、石墨、甲醇和盐酸的混合物制成的陶瓷复合材料混合制备。采用浸涂法将制备的吸附剂涂覆在铜线上。对制备的纳米复合材料进行了统计评估，并提供了比纯碳陶瓷更好的检测极限。Patricia Guerra-Diaz等人发表的论文（Analytical Chemistry，2010，82（7），2826–2835.）针对与非法药物和爆炸物相关的挥发性化学特征的预浓缩装置设计成适合离子迁移谱仪的入口。使用平面固相微萃取对大量空气进行动态取样，该方法结合的高表面积，可将分析物吸附到溶胶凝胶聚二甲基硅氧烷涂层上，热解吸到IMS中，实现对爆炸物的检测。虽然固相微萃取技术在爆炸物的检测中有其优越性，不过其受萃取温度、萃取时间、pH的影响较大，难以掌控，使其在此方面的发展受到限制。

近年来分子印记技术由于高分子合成、分子设计、分子识别及生物工程等学科的发展使其在色谱、萃取、抗体模拟及酶催化中得到了广泛的应用，Gao等人发表的论文（Desalination and Water Treatment，2014，55（1），278–283.）一种利用分子印记聚合物微球选择性检测TNT的方法。该方法首先制备出聚乙烯微球，并对其进行模板分子印记，再分别利用印记的和非印记的MIP-CPVA做固定相，对DNT、TNT进行气相色谱分离，实现对爆炸物的检测。但由于其存在物质昂贵，制备环境要求苛刻，功能单体、交联剂等有较大的局限性等缺点，使其在爆炸物的检测中不稂不莠。

相比较而言，电化学发光法由于其较高的灵敏度、线性范围宽、反应时间相对较短等使其在电分析领域得到广泛的应用。2017年闫东鹏等人公开了发明专利（CN107084971A）“一种电化学发光传感器的构建及其在三硝基甲苯检测方面的应用”。该发明将带负电的小分子鲁米诺单钠盐插入水滑石层中，利用带鲁米诺插层的水滑石和带负电的量子点静电引力层层自组装技术，形成具有超分子复合膜的ECL传感器，并形成检测TNT的ECL共振能量转移系统。ERET方法用于显著增强量子点的ECL信号。但其也存在着仪器昂贵、耗时、操作门槛高等缺点。

然而，荧光检测法由于灵敏度高、选择性好、响应速度快、操作简单、便携性强和成本低廉等优点使其在爆炸物检测中被广泛应用。2018年董文月公开了发明专利（CN108489953A）涉及一种原位改性纸基硝基炸药荧光传感材料及其在TNT检测中的应用。原位改性纸基硝基爆炸荧光传感材料是一种基于滤纸原位引入具有丰富电子，较高荧光效率的芳香基团的传感材料；滤纸的纤维素多孔网络结构形成了分散和吸附爆炸分子的通道；具有富电子，较高荧光效率的芳香基团能够有效改善对硝基芳香化合物的作用，实现了TNT炸药蒸汽的灵检测。Shoufang Xu等人发表的论文（Chemical Communications，2015，51（15），3200–3203.）中，陈述了一种具有荧光比率和中孔结构的TNT荧光检测器。该方法首先制备出红色和绿色的CdTe量子点，然后将SiO₂包覆在红色CdTe QDs外，由于SiO₂具有多孔结构，进而将TNT与绿色的QDs镶在孔中，形成QDs@ SiO₂@mSiO₂结构。此方法可避免内部的红色量子点直接与TNT接触，为检测比率提供一个相对可靠的参考信号。但其前处理工序过于繁杂且荧光量子产率受外界干扰大及重现性低等使其热度每况愈下。与下转换材料相比由于上转换发光法为stokes位移大的窄带发射，荧光寿命长，背景值低等，作为新兴的荧光材料在爆炸物检测中显示了巨大潜力。2018年华瑞年等人公开了发明专利（CN108444964A）涉及一种多功能核壳结构上转换纳米材料在爆炸物检测中的应用。该方法将β-NaYF4：Yb，Er@NaYF4纳米颗粒加入去离子水中，搅拌均匀后，将待测炸药加入混合溶液中，根据荧光强度和线性关系式得到爆炸物浓度，实现了对爆炸物的检测，但其容易受到杂质和晶格缺陷的影响。红外-傅里叶变换方法是建立在激光技术的基础上，具有较高的信噪比、测量速度快、应用范围广等优点。能够对多组分环境进行监测，Castro-Suarez, J. R等发表了论文（Journal of Spectroscopy，2017，1–11.）中陈述了一种能够实现TNT和PETN在铝基材料上的检测方法。该方法用聚四氟乙烯的小棒将TNT或PETN等待测物质以不同的浓度涂在铝基板上，然后用红外傅里叶变换符合仪进行检测实现了对TNT等物质的检测。以上方法虽然能够实现对TNT的定量检测但也有很多不足之处，如成本高、制备及检测时间长、程序繁琐、需要配备专业人员等。因此，需要发展具有更高灵敏度，更加快速准确的痕量检测方法，基于纳米银表面拉曼增强（SERS）探针实现对痕量物质的检测，该方法能够很好的解决上述问题。

表面增强拉曼（SERS），自激光被发现以来，由于其较高的检测灵敏度被广泛的应用于各种金属离子，神经活性物质，毒品的检测及活性分子探针的制备。而以纳米金属材料作为基底的SERS检测方法能使拉曼信号大幅度增强。2011年杨良保等人公开了发明专利（CN102183503A）“一种表面增强拉曼散射活性基底的光辐照制备方法”。具体实施步骤为首先将银纳米颗粒沉积到DNA的表面，然后再利用银作为成核位点将金组装到银上。随后，再次利用太阳光将小的金颗粒沉积到银－DNA的纳米结构上。这种银核金壳或银－金合金纳米DNA网络结构作为表面增强拉曼散射活性基底，实现了对TNT的检测。2014年何璇等人公开了发明专利（CN104155284A）“一种ZnO-Ag表面增强拉曼散射芯片及其制备”。该发明公开的ZnO-Ag复合基底可通过光反应恢复活性，在室温下可保存三个月。在该复合材料上修饰探针，构建具有表面增强拉曼效应的芯片，通过修饰巯基类探针分子，可将拉曼活性低的炸药分子捕获到芯片上。2015年Hernandez-Rivera Samuel P等公开的发明专利（US8932384B1）中描述了金纳米棒的合成及其在使用表面增强拉曼光谱检测硝基爆炸物中的应用。该方法使用种子十六烷基三甲基溴化铵技术合成金纳米棒，和使用诱导剂在环己烷/水界面中将所述金纳米棒聚集成膜来实现拉曼增强效果。2017年何耀等人公开了发明专利 （CN107144557A）“一种硅基SERS芯片及其制备方法以及TNT的检测方法”。其步骤为将表面有Si-H键的硅晶片在银粒子的环境下进行还原反应，得到纳米银修饰的硅晶片，再与能够与TNT反应的修饰化合物反应，得到硅基芯片。值得注意的是电解质的物理化学性质、粒子的尺寸、自组装程度、形态、组成等均能够对SERS的增强效果产生影响。其中纳米材料的形态对SERS的影响最为显著，然而目前我国有关表面拉曼增强基底的制备方法相对复杂或较少关注纳米金属材料的形态问题，普遍存在表面形貌重现性差、稳定性差、增强因子低等缺点。综上所述，有必要寻求一种制备过程简单，重现性好，选择性高，灵敏度高的银纳米结构作为表面拉曼增强基底，并且对比不同形貌的纳米结构银基底对SERS的增强效果，获得最佳形貌的纳米结构银的表面拉曼增强基底。

由于SERS技术具有很大的发展潜力，近些年使得该技术得到关注和广泛的研究。表面增强拉曼克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点, 可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息, 被广泛用于表面研究、吸附界面等, 并且可以获取一些吸附分子的特征。然而，表面修饰通常会导致SERS信号强度降低，这是因为分析物和基底中的热点分离以及检测前存在的调制层导致的背景噪声，这会使信号解释困难或信号差，尽管SERS自发现以来已有很长的历史，但它仍没有成为实际应用的复杂工具。一个主要障碍是广泛使用的金属胶体基质的再现性差和稳定性差，限制了其在定量分析中的应用。此外，当将SERS技术应用于实际时，成本是另一个主要问题。对于实际应用，样本矩阵干扰也不容忽视。由于通常低浓度的目标分子和基质具有相同的进入热点的途径，在复杂的样品基质中经常可以观察到明显的光谱“污染”，这导致分析结果困难。综上所述，本发明选择不加任何修饰的银纳米棒为表面拉曼增强基底，其程序简单，实现了对TNT低成本，快速，高选择性和高灵敏性的检测。

在本发明中，我们报道了基于拉曼增强原理，以纳米银为基底制备纳米银棒SERS探针，SERS效应是金属中的自由电子在光电场下发生集体性的振荡，银的d电子和s电子的能隙和过渡金属相比较大, 使它们不易发生带间跃迁。只要对其选择合适的激发光波长,便可避免因发生带间跃迁而将吸收光的能量转化为热能，并且棒状纳米银粒子复杂的局部等离子体效应，使光子有相当多的部分在其表面发生非弹性散射，使其波长发生变化，从而趋向于实现高效拉曼散射过程进而实现对痕量TNT的检测。

发明内容

发明目的：针对目前现有技术存在的不足之处，本发明利用银纳米棒作为SERS基底，发明了一种对TNT痕量检测的双层空间结构银纳米棒探针的制备方法，并分别制备出银纳米球及银纳米片的纳米银基底，表征其对目标分析物的选择性和敏感性。所述方法为化学合成法，首先是运用典型的聚乙烯吡啶-十二烷基苯磺酸钠软模板法合成出棒状纳米银，然后在载玻片上完成银纳米棒的自组装形成一个紧密而又有序的整体，得到表面形成双层棒状纳米银的组装结构，并通过改变溶液之间添加的物料比例以及反应条件分别得到结构为片状及球状的双层银粒子组装结构，三者进行对比，制备出了对TNT具有更高选择性的识别和高敏感性的检测功能的银纳米棒表面拉曼增强探针。

本发明的技术方案是：一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，其特征在于：所述SERS探针为双层的纳米银棒状空间结构，通过粘合剂偶联自组装形成，层间的粘合剂分子中的富电子氨基与TNT分子中的三个缺电子的硝基通过静电相互作用，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号放大增强，实现对TNT的高选择性的识别和高敏感性的检测，本发明的制备过程包括如下两个步骤：

第一步是银纳米棒的制备：首先，分别配制浓度为0.04 ~ 0.06 mol·L^-1的银氨溶液、1 ~ 3g·min^-1的分散剂溶液和0.004 ~ 0.006mol·L^-1的表面活性剂溶液，随后分别取上述三种溶液5 ~ 10mL、3 ~ 5mL和1 ~ 3mL置于100mL三口烧瓶中，超声混合4 ~ 6min，在40℃下水浴反应1~3h后，然后向上述的反应体系中移入5 ~ 10mL浓度为0.05 mol·L^-1的多羟基醛溶液，迅速超声混合均匀，将上述溶液移至容量瓶中用去离子水定容至50mL，再将其移至100mL单口烧瓶中，在40℃下水浴避光反应1~3h，反应结束后分两次移至50mL的移心管中，以15000r/min离心水洗三次，重新分散到30 ~ 50mL的去离子水中形成银溶胶溶液，用刻度可调的100~1000uL的微量进样器吸取800uL银溶胶溶液，以20000r/min离心后得到银纳米棒，通过改变上述溶液的量和添加的物料比例以及反应条件得到银纳米球和银纳米片；

第二步是银纳米棒的自组装：首先，取一片载玻片，将其裁割成四等分，再按照相同的方法切割成24个小的载玻片，随后把这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声震荡洗涤后，再用去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在质量浓度为1 ~ 3%分散剂的乙醇溶液中浸泡1 ~ 3h后，取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，然后再放入银溶胶中静置约5 ~7小时，即得单层银纳米棒组装的载玻片，最后，将组装好的单层银纳米棒的载玻片，放置于0.1 ~ 0.3 mol·L^-1粘合剂的乙醇溶液中浸泡2 ~ 4h，使银纳米棒的表面饱和吸附粘合剂，再将载玻片置于银溶胶中约5 ~ 7h，通过自组装制备了双层银纳米棒的空间结构，制备出载玻片表面具有SERS探针的双层银纳米棒，实现对TNT的高选择性的识别和高敏感性的检测。

作为对现有技术的进一步改进，所述的分散剂为聚乙烯吡啶；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的多羟基醛为葡萄糖；所述的银纳米棒的尺寸是可以通过反应物的量和反应时间来加以控制；所述的表面拉曼增强探针是指具有空间结构的双层银纳米棒的表面；所述的粘合剂是2，4-二巯基苯胺。

相对于现有技术的有益效果：SERS是自激光被发现以来，由于其较高的检测灵敏度被广泛的应用于各种金属离子，神经活性物质，毒品的检测及活性分子探针的制备。而以纳米金属材料作为基底的SERS检测方法能使拉曼信号大幅度增强。2011年杨良保等人公开了发明专利（CN102183503A）“一种表面增强拉曼散射活性基底的光辐照制备方法”，首先，将银纳米颗粒沉积到DNA的表面，然后再利用银作为成核位点将金组装到银上，随后，再次利用太阳光将小的金颗粒沉积到银-DNA的纳米结构上，这种银核金壳或银-金合金纳米DNA网络结构作为表面增强拉曼散射活性基底，实现了对TNT的检测。2014年何璇等人公开了发明专利（CN104155284A）“一种ZnO-Ag表面增强拉曼散射芯片及其制备”，该发明公开的ZnO-Ag复合基底可通过光反应恢复活性，在室温下可保存三个月，在该复合材料上修饰探针，构建具有表面增强拉曼效应的芯片，通过修饰巯基类探针分子，可将拉曼活性低的炸药分子捕获到芯片上。2015年Hernandez-Rivera Samuel P等公开了发明专利（US8932384B1）中描述了金纳米棒的合成及其在使用表面增强拉曼光谱检测硝基爆炸物中的应用。该方法使用种子十六烷基三甲基溴化铵技术合成金纳米棒，使用诱导剂在环己烷/水界面中将所述金纳米棒聚集成膜来实现拉曼增强效果。2017年何耀等人公开了发明专利（CN107144557A）“一种硅基SERS芯片及其制备方法以及TNT的检测方法”。其步骤为将表面有Si-H键的硅晶片在银粒子的环境下进行还原反应，得到纳米银修饰的硅晶片，能与TNT分子进行的化合反应，得到硅基芯片。然而，电解质的物理化学性质、粒子的尺寸、自组装程度、形态、组成等均能够对SERS的增强效果产生影响。其中纳米材料的形态对SERS的影响最为显著，然而目前我国有关表面拉曼增强基底的制备方法相对复杂或较少关注纳米金属材料的形态问题，普遍存在表面形貌重现性差、稳定性差、增强因子低等缺点。综上所述，本发明以银纳米棒作为表面拉曼增强基底，其制备程序简单，重现性好，灵敏度高，并且比较了不同形态的纳米银基底对SERS的增强效果。

本发明首先是溶液的配制：准备一支用低浓度氢氧化钠溶液洗涤过得试管，准确称取1.6987g的硝酸银于试管中，滴入适量的超纯水溶解，再向溶液中加入少量氢氧化钠溶液，此时会发现原本无色透明的溶液中产生了棕色的沉淀，向沉淀的溶液中滴加氨水直至沉淀消失，制得0.05 mol·L^-1的银氨溶液。准确称取0.2g的聚乙烯吡啶，然后加入100mL的超纯水溶解制得2g·L^-1的聚乙烯吡啶溶液，准确称取0.1922g十二烷基苯磺酸钠，加入100mL的超纯水溶解制得0.005mol·L^-1的十二烷基苯磺酸钠溶液，准确称取0.9008g的葡萄糖，加入100mL的超纯水溶解制得0.05mol·L^-1的葡萄糖溶液，随后分别取上述三种溶液7mL、4mL和2mL置于100mL三口烧瓶中，超声混合5min，在40℃下水浴反应2h，然后向上述的反应体系中移入7mL浓度为0.05 mol·L^-1的多羟基醛溶液，迅速超声混合均匀，移至50mL容量瓶中用去离子水定容至50mL再将其移至100mL单口烧瓶中，在40℃下水浴避光反应2h，反应结束后分两次移至50mL的移心管中，以15000 r·min^-1离心水洗三次，重新分散到40mL的去离子水中形成银溶胶溶液，用刻度可调的100 ~ 1000uL的微量进样器吸取800uL银溶胶溶液，以20000r·min^-1离心后得到银纳米棒，通过改变上述溶液的量和添加的物料比例以及反应条件得到银纳米球和银纳米片。

其次是双层棒状纳米银的制备：纳米银粒子的组装按下列过程进行:首先取一片载玻片，将其裁割成四等分，之后按照相同的方法裁出24个小的载玻片，然后把这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声波震荡洗涤后再用和去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在2%聚乙烯吡啶的乙醇溶液中浸泡约2小时，2小时后取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，再放入银溶胶中静置约6小时，即得单层银纳米粒子组装载玻片。然后将组装好的单层银粒子组装载玻片在0.1 mol·L^-1的2，4-二巯基苯胺乙醇溶液中浸泡3小时，使银粒子表面饱和吸附2，4-二巯基苯胺分子，再将载玻片置于银溶胶中约6小时，即可在载玻片表面形成双层银粒子组装结构，得到纳米银为基底的表面增强拉曼探针，其对TNT具有高选择性识别和高敏感性的探测的功能。

综上所述，本方案所制备的银纳米棒双层自组装空间结构的SERS探针能够实现对TNT高选择性识别和高敏感性的探测，并具有成本低，便于操作等优点。

其一：与普通的表面修饰了各种官能团及聚合物相比，未加修饰的纳米银信噪比较小且待测物与银粒子紧密接触，减少了光污染几率，光与银粒子分子振动、转动、各种元激发相互作用而引起的非弹性散射几率大幅度提高，使分析结果更加容易，准确，对检测的结构也更加可信。

其二：本发明所提供的方法中，纳米银自组装的厚度可以通过调节包覆次数来加以控制。

其三：层间粘合剂分子中的富电子氨基与TNT分子中三个缺电子的硝基通过静电相互作用，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号增强，实现对痕量TNT高灵敏检测。

其四：本发明中的2，4-二巯基苯胺中巯基是自组装空间结构银纳米棒的连接体。

附图说明

图1是本发明所制备的银纳米棒的紫外光谱图。

图2是本发明所制备的银纳米片的紫外光谱图。

图3是本发明所制备的银纳米球的紫外光谱图。

图4是本发明所制备的银纳米棒的SEM图。

图5是本发明中银纳米棒的形成机理图。

图6是本发明所制备的银纳米片的SEM图。

图7是本发明所制备的银纳米球的SEM图。

图8是所制备的双层银纳米棒在载玻片上自组装示意图。

图9是本发明所制备的双层银纳米棒在载玻片上自组装前（A）与自组装后（B）图。

图10是本发明中所用的TNT与2，4-二巯基苯胺相互作用的紫外光谱图。

图11是本发明中TNT的拉曼光谱图和所制备的SERS探针对TNT的拉曼光谱图。

图12是本发明中所制备的三种不同形状的纳米银SERS探针对同一浓度TNT的增强拉曼光谱图。

根据附图进一步解释具体实施方式

图1是本发明所制备的银纳米棒的紫外光谱图。将制备得到的银纳米棒溶胶取样1mL，置于1.5mL离心管中，在20000r·min^-1下离心，离心后倒掉上层清液，再加入超纯水超声洗涤，重复上述步骤3~4次，重新分散在5mL去离子水中，然后取适量离心水洗后的溶液，用紫外可见光谱仪可以看出银纳米棒的紫外光谱最大吸收峰在420nm波长附近。

图2是本发明所制备的银纳米片的紫外光谱图。将制备得到的银纳米片溶胶取样1mL，置于1.5mL离心管中，在20000r·min^-1下离心，离心后倒掉上层清液，再加入超纯水超声洗涤，重复上述步骤3~4次，重新分散在5mL去离子水中，然后取适量离心水洗后的溶液，用紫外可见光谱仪可以看出银纳米棒的紫外光谱最大吸收峰在420nm波长附近。

图3是本发明所制备的银纳米球的紫外光谱图。将制备得到的银纳米球溶胶取样1mL，置于1.5mL离心管中，在20000r·min^-1下离心，离心后倒掉上层清液，再加入超纯水超声洗涤，重复上述步骤3~4次，重新分散在5mL去离子水中，然后取适量离心水洗后的溶液，用紫外可见光谱仪可以看出银纳米棒的紫外光谱最大吸收峰在420nm波长附近。。

图4是本发明所制备的银纳米棒的SEM图。从图中可以看出所得的棒状结构规范，空间排列紧密有序，直径大约在30nm左右，有利于作为拉曼增强基底。

图5是本发明中银纳米棒的形成机理图。聚乙烯吡啶-十二烷基苯磺酸钠水溶液中，聚乙烯吡啶作为保护剂，十二烷基苯磺酸钠分子会在聚乙烯吡啶链上形成束缚胶束直至饱和，在溶液反应初期，葡萄糖从硝酸银中还原出银，这些被还原的银会富集在十二烷基苯磺酸钠束缚胶束周围，被聚乙烯吡啶-十二烷基苯磺酸钠模板诱导形成极不稳定的原级纳米银晶粒，之后原级纳米银晶粒在聚乙烯吡啶大分子模板的诱导下组装得到五重孪晶纳米银颗粒，这种五重孪晶纳米银颗粒具有很高的生长活性，最终在聚乙烯吡啶链的保护作用下生成具有一定长径比的银纳米棒。

图6是本发明所制备的银纳米片的SEM图。从图中可以看出银纳米片棱角分明，表明粘附了颗粒状的银粒子。

图7是本发明所制备的银纳米球的SEM图。银纳米球表面光滑，呈现颗粒状态，大小均匀，粒径大约在100nm左右。

图8是所制备的双层银纳米棒在载玻片上自组装示意图。将单层银纳米棒组装的载玻片，放置于粘合剂的乙醇溶液中浸泡，使银纳米棒的表面饱和吸附粘合剂，再将载玻片置于银溶胶中，通过自组装制备了双层银纳米棒的空间结构，制备出载玻片表面具有SERS探针的双层银纳米棒，TNT分子中三个吸电子的硝基基团与2，4-二巯基苯胺中的供电子氨基通过电荷转移作用，相互作用，粘附在双层银纳米棒的空间结构，通过SERS衬底作用，实现对痕量TNT的检测。

图9是本发明所制备的双层银纳米棒在载玻片上自组装前（A）与自组装后（B）图。首先取一片载玻片，将其裁割成四等分，之后按照相同的方法裁出24个小的载玻片，然后把这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声波震荡洗涤后再用和去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在2%聚乙烯吡啶的乙醇溶液中浸泡约2小时，2小时后取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，再放入银溶胶中静置约6小时，即得单层银纳米粒子组装载玻片。然后将组装好的单层银粒子组装载玻片在0.1 mol·L^-1的2，4-二巯基苯胺乙醇溶液中浸泡3小时，使银粒子表面饱和吸附2，4-二巯基苯胺分子，再将载玻片置于银溶胶中约6小时，即可在载玻片表面形成双层银粒子组装结构，如图9（B）所示，得到对TNT具有高选择性、高敏感性痕量检测的以纳米银为基底的SERS探针。

图10是本发明中所用的TNT与2，4-二巯基苯胺相互作用的紫外光谱图。浓度为1×10^-5 mol·L^-1的2，4-二巯基苯胺溶液中，分别滴加体积为50uL、100uL、150uL和200uL浓度为1×10^-5 mol·L^-1TNT溶液，得到的2，4-二巯基苯胺与TNT相互作用的紫外光谱图，随着TNT量的增加，光谱出现“蓝移”现象，表明2，4-二巯基苯胺中的富电子的氨基与TNT中三个吸电子的硝基之间通过静电相互作用，形成了新复合物，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号增强，实现对痕量TNT高选择性识别和高敏感性的检测。

图11是本发明中TNT的拉曼光谱图和所制备的SERS探针对TNT的拉曼光谱图。从图中可以看出，TNT本身的拉曼指纹谱图信号比较弱，而加入了棒状纳米银粒子作为基底后，获得了表面增强拉曼效应，使得TNT的拉曼指纹谱图信号得以明显增强。

图12是本发明中所制备的三种不同形状的纳米银SERS探针对同一浓度TNT的增强拉曼光谱图。其中空白为不加本发明纳米银的拉曼信号谱图，短划线、点虚线和短划线加点虚线分别为加入银纳米棒、银纳米片和银纳米球后的增强拉曼谱图。分别对浓度为10^-11mol·L^-1TNT进行拉曼信号增强效果检测，通过三者的比较，从最高峰值可以看出，银纳米棒拉曼信号最强，其次银纳米片，最弱的是银纳米球，银纳米棒拉曼信号最强，其他两个增强效果不明显。

具体实施方式

一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，其特征在于：所述SERS探针为双层的银纳米棒是通过粘合剂偶联自组装形成，层间的粘合剂分子中的富电子氨基与TNT分子中的三个缺电子的硝基通过静电相互作用，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号增强，实现对TNT的检测，上述的发明制备过程包括如下两个步骤：

第一步是银纳米棒的制备：首先，分别配制浓度为0.04 ~ 0.06 mol·L^-1的银氨溶液、1 ~ 3g/L的分散剂溶液和0.004 ~ 0.006mol·L^-1的表面活性剂溶液，随后分别取上述三种溶液5 ~ 10mL、3 ~ 5mL和1 ~ 3mL置于100mL三口烧瓶中，超声混合4 ~ 6min，在40℃下水浴反应1~3h后，然后向上述的反应体系中移入5 ~ 10mL浓度为0.05 mol/L的多羟基醛溶液，迅速超声混合均匀，将上述溶液移至容量瓶中用去离子水定容至50mL，再将其移至100mL单口烧瓶中，在40℃下水浴避光反应1~3h，反应结束后分两次移至50mL的移心管中，以15000 r/min离心水洗三次，重新分散到30 ~ 50mL的去离子水中形成银溶胶溶液，用刻度可调的100~1000uL的微量进样器吸取800uL银溶胶溶液，以20000 r/min离心后得到银纳米棒，通过改变上述溶液的量和添加的物料比例以及反应条件得到银纳米球和银纳米片；

第二步是银纳米棒的自组装：首先，取一片载玻片，将其裁割成四等分，再按照相同的方法切割成24个小的载玻片，随后把这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声震荡洗涤后，再用去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在质量浓度为1 ~ 3%分散剂的乙醇溶液中浸泡1~ 3h后，取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，然后再放入银溶胶中静置约5 ~7小时，即得单层银纳米棒组装的载玻片，最后，将组装好的单层银纳米棒的载玻片，放置于0.1 ~ 0.3 mol·L^-1粘合剂的乙醇溶液中浸泡2 ~ 4h，使银纳米棒的表面饱和吸附粘合剂，再将载玻片置于银溶胶中约5 ~ 7h，通过自组装制备了双层银纳米棒的空间结构，制备出载玻片表面具有SERS探针的双层银纳米棒，实现对TNT的检测。

具体实施例

一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，其特征在于：所述SERS探针为双层的银纳米棒是通过粘合剂偶联自组装形成，层间的粘合剂分子中的富电子氨基与TNT分子中的三个缺电子的硝基通过静电相互作用，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号增强，实现对痕量TNT高灵敏检测。本发明的制备过程包括如下两个步骤：

首先是溶液的配制：准备一支用低浓度氢氧化钠溶液洗涤过的试管，准确称取1.6987g的硝酸银置于试管中，滴入适量的超纯水溶解，再向溶液中加入少量氢氧化钠溶液，此时会发现原本无色透明的溶液中产生了棕色的沉淀，向沉淀的溶液中滴加氨水直至沉淀消失，制得0.05 mol·L^-1的银氨溶液；准确称取0.2g的聚乙烯吡啶，然后加入100mL的超纯水溶解制得2g/L的聚乙烯吡啶溶液；准确称取0.1922g十二烷基苯磺酸钠，随后加入100mL的超纯水溶解制得0.005mol·L^-1的十二烷基苯磺酸钠溶液；准确称取0.9008g的葡萄糖，然后加入100mL的超纯水溶解制得0.05 mol·L^-1的葡萄糖溶液，最后分别取7mL、4mL和2mL的上述三种溶液置于100mL三口烧瓶中，超声混合5min，在40℃下水浴反应2h，然后再向上述的反应体系中移入7mL浓度为0.05 mol·L^-1的多羟基醛溶液，迅速超声混合均匀，移至容量瓶中，用去离子水定容至50mL，再将其移至100mL单口烧瓶中，在40℃下水浴避光反应2h，反应结束后分两次移至50mL的移心管中，以15000r/min离心水洗三次，重新分散到40mL的去离子水中形成银溶胶溶液，用刻度可调的100~1000uL的微量进样器吸取800uL银溶胶溶液，以20000r/min离心后得到银纳米棒，通过改变上述溶液的量和添加的物料比例以及反应条件得到银纳米球和银纳米片。

其次是双层棒状纳米银的制备：首先取一片载玻片，将其裁割成四等分，之后按照相同的方法裁出24个小的载玻片，然后将这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声波震荡洗涤，再用去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在2%聚乙烯吡啶的乙醇溶液中浸泡约2小时，取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，再放入银溶胶中静置约6小时，即得单层银纳米粒子组装载玻片，然后将组装好的单层银粒子组装载玻片在0.1mol·L^-1的2，4-二巯基苯胺的乙醇溶液中浸泡3小时，使银粒子表面饱和吸附2，4-二巯基苯胺分子，再将载玻片置于银溶胶中约6小时，即可在载玻片表面形成双层银粒子组装结构，得到银纳米棒为基底的表面拉曼增强探针，其拥有对TNT具有高选择性的识别和高灵敏性的探测的功能。

Claims (2)

1.一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，其特征在于：所述纳米银SERS探针的双层银纳米棒是通过粘合剂2，4-二巯基苯胺偶联自组装形成，层间的粘合剂2，4-二巯基苯胺分子中的富电子氨基与TNT分子中的三个缺电子的硝基通过静电相互作用，使得TNT分子粘附在双层的银纳米棒的表面，利用金属表面的局域表面等离子共振场，将TNT分子的常规拉曼信号增强，实现对TNT的检测，上述的制备方法包括如下两个步骤：

1.1 第一步是银纳米棒的制备：首先，分别配制浓度为0.04 ~ 0.06 mol·L^-1的银氨溶液、1 ~ 3g/L的分散剂聚乙烯吡啶溶液和0.004 ~ 0.006mol·L^-1的表面活性剂十二烷基苯磺酸钠溶液，随后分别取上述三种溶液5 ~ 10mL、3 ~ 5mL和1 ~ 3mL置于100mL三口烧瓶中，超声混合4 ~ 6min，在40℃下水浴反应1~3h后，然后向上述的反应体系中移入5 ~ 10mL浓度为0.05 mol/L的葡萄糖溶液，迅速超声混合均匀，将上述溶液移至容量瓶中，用去离子水定容至50mL，再将其移至100ml单口烧瓶中，在40℃下水浴避光反应1~3h，反应结束后分两次移至50mL的移心管中，以15000 r/min离心水洗三次，重新分散到30 ~ 50mL的去离子水中形成银溶胶溶液，用刻度可调的100~1000uL的微量进样器吸取800uL银溶胶溶液，以20000 r/min离心后得到银纳米棒；

1.2 第二步是银纳米棒的自组装：首先，取一片载玻片，将其裁割成四等分，再按照相同的方法切割成24个小的载玻片，随后把这些载玻片放入烧杯中，先用丙酮超声震荡洗涤后，再用去离子水超声水洗，洗涤后将小载玻片放在质量浓度为1 ~ 3%的分散剂聚乙烯吡啶的乙醇溶液中浸泡1~ 3h后，取出载玻片用无水乙醇反复冲洗后晾干，然后再放入银溶胶中静置5 ~ 7小时，即得单层银纳米棒组装的载玻片，最后，将组装好的单层银纳米棒的载玻片，放置于0.1 ~ 0.3 mol·L^-1粘合剂2，4-二巯基苯胺的乙醇溶液中浸泡2 ~ 4h，使银纳米棒的表面饱和吸附粘合剂2，4-二巯基苯胺，再将载玻片置于银溶胶中5 ~ 7h，通过自组装制备了双层银纳米棒的空间结构，制备出载玻片表面具有SERS探针的双层银纳米棒，实现对TNT的检测。

2.根据权利要求1所述的一种用于TNT检测的纳米银SERS探针的制备方法，其特征是：所述的银纳米棒的尺寸是通过反应物的量和反应时间来加以控制。

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