CN109975267B - 一种融合液液微萃取与sers技术检测铬离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于食品安全和材料化学技术领域，涉及一种融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法；步骤为：首先制备银纳米花基底，溶于乙醇，得到银纳米花基底乙醇溶液；然后配制不同浓度的六价铬离子溶液，加入盐酸、罗丹明6G溶液和去离子水；再加入甲醇和氯仿的混合液，经振荡、超声、离心后，收集下层溶液与银纳米花基底乙醇溶液混合，采集光谱，将不同浓度的六价铬离子对应的光谱强度绘制标准曲线；选取待测样品，采集光谱后根据建立的标准曲线实现待测样品三价或六价铬离子浓度的检测；本发明可应用于检测三价和六价铬离子，将萃取后的溶液应用于表面增强拉曼检测，其结果准确可靠，且灵敏度较高；适用于食品安全、环境监测等技术领域。

Description

一种融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法
技术领域
本发明属于食品安全和材料化学技术领域，具体涉及一种融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法。
背景技术
三价铬是葡萄糖耐量因子的组成部分，对于血糖的代谢至关重要，是人体必需的微量元素。但六价铬是毒性极大的物质，可导致肺癌，肝，肾和胃的损伤，以及造成表皮刺激和过敏。目前常规的用于六价铬离子检测的方法，主要有原子吸收光谱法、高效液相色谱法、电感耦合等离子体质谱法、气相色谱法、荧光光谱法、原子发射光谱法，其存在有前处理复杂或仪器昂贵或检测灵敏度低，因此不适用于铬离子的快速检测。所以急需建立一种灵敏度高，稳定性强，操作简单的检测方法。
液液微萃取的发展取决于对特定目标基质的要求。液液微萃取技术已成功应用于和气相色谱、质谱、高效液相色谱的结合。萃取技术由于具有浓缩特定待测物的功能从而特别适用于聚集待测物同时去除其他杂质的功能，液液微萃取技术和传统技术的结合具有检测精确度高仍具有检测灵敏度低的缺点。SERS(Surface-enhanced Raman scattering)技术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、吸附界面表面状态研究等分析，且由于其快速、精确、高选择性、高灵敏度的特点被应用于有毒有害物质的检测分析中，但在拉曼分析中，其仍存在前处理较为复杂的问题，因此，对于研究结合液液微萃取技术与SERS光谱同时具有高选择性和高灵敏度的检测铬离子的方法具有重要意义，但是目前关于利用SERS技术与液液微萃取结合进行铬离子的超灵敏检测还未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于融合液液微萃取技术与SERS技术超灵敏检测铬离子的方法，该方法对三价和六价铬离子的检测稳定性好、灵敏度高，实现了液液微萃取技术和SERS光谱技术的结合及对铬离子的快速检测。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括：银纳米花作为SERS基底的制备，液液微萃取技术浓缩六价铬离子，不同浓度样品的液液微萃取技术结合SERS采集的光谱采集，建立标准曲线，液液微萃取技术结合SERS光谱技术检测样品中的三价和六价铬离子，该方法适用于食品安全、环境监测等技术领域。
一种融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，包括如下具体步骤：
(1)银纳米花基底的制备：采用聚乙烯吡咯烷酮还原法制备银纳米花，将1.0M硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮反应，在室温下磁力搅拌，将0.1M抗坏血酸溶液迅速加入上述溶液，在室温下磁力搅拌，结束反应且溶液呈灰色；将银纳米花溶液用乙醇和超纯水清洗数干次洗去未反应的试剂，在室温下干燥与储藏，得到银纳米花基底；
(2)液液微萃取技术浓缩六价铬离子：配制不同浓度的六价铬离子溶液，加入盐酸和罗丹明6G溶液，再加入去离子水；然后加入甲醇和氯仿的混合液，经振荡、超声、离心后，去掉上清液，收集下层溶液；
(3)液液微萃取技术结合SERS技术绘制六价铬离子标准曲线：取步骤(1)得到银纳米花基底，溶于乙醇，得到银纳米花基底乙醇溶液，与步骤(2)收集的下层溶液混合，放置在硅片上，在785nm激光下激发，采集光谱，将不同浓度的六价铬离子对应的光谱强度绘制标准曲线；
(4)铬离子浓度检测；
S1.六价铬离子浓度检测：选取待测样品同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度；
S2.三价铬离子浓度检测：选取待测样品等体积分为2份，分别记为待测样品a和待测样品b；待测样品a同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度，记为A；待测样品b加入氢氧化钾溶液，当溶液PH大于10时停止加入氢氧化钾，再加入过氧化氢溶液，加热蒸干溶剂后，加去离子水定容至待测样品b的初始体积，然后同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品b铬离子的浓度，记为B；B减去A即为待测样品三价铬离子浓度。
优选的，步骤(1)所述硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮、抗坏血酸的体积比为1：10：10。所述聚乙烯吡咯烷酮的质量浓度为1.0％。
优选的，步骤(1)所述磁力搅拌时间：加聚乙烯吡咯烷酮后反应时间为10-15min；加抗坏血酸后的搅拌时间为15-20min。
优选的，步骤(2)所述六价铬离子溶液的浓度为0.0001～10μg mL-1。
优选的，步骤(2)所述六价铬离子溶液、盐酸、罗丹明6G溶液、去离子水、甲醇、氯仿的体积比为：4：0.5：0.1：0.4：1.0：0.05；所述盐酸的浓度为5.0M；所述罗丹明6G溶液的浓度为1×10-4M。
优选的，步骤(2)所述振荡的时间不少于30s；所述超声的时间不少于3min。
优选的，步骤(2)所述离心的条件为：转速12000.0rpm，时间3min。
优选的，步骤(3)所述步骤1制备的银纳米花基底乙醇溶液和步骤(2)收集的下层溶液的体积比是：1：1；所述银纳米花基底乙醇溶液的浓度为1.0mg mL-1。
优选的，步骤(4)的S2中所述氢氧化钾溶液的浓度为1.0M；所述过氧化氢溶液的质量浓度为10％。
优选的，步骤(4)的S2中所述待测样品b与过氧化氢溶液的体积比为2:1。
本发明的有益效果：
(1)本发明使用聚乙烯吡咯烷酮还原硝酸银所制备的银纳花较为均匀且具有较好拉曼增强效果。
(2)本发明应用液液微萃取技术结合SERS技术检测铬离子，液液微萃取技术提取待测液中的铬离子利用氯仿作为萃取剂，甲醇作为分散剂，具有较好的效果。
(3)本发明应用过氧化氢做为氧化剂氧化三价铬离子为六价铬离子，可应用于检测三价和六价铬离子；将萃取后的溶液应用于SERS检测，其结果准确可靠，且灵敏度较高。
(4)本发明所应用的液液微萃取技术极其适用于食品等复杂基质，因其萃取特定物质，所以将可将其他物质排除，从而达到消除其他离子及大分子对检测的影响。
附图说明
图1为实施例1合成的银纳米花基底的扫描电镜表征图。
图2为不同浓度的六价铬离子对应的SERS光谱图；其中不同浓度的六价铬离子从上往下依次为0μg mL-1，0.0001μg mL-1，0.001μg mL-1，0.01μg mL-1，0.1μg mL-1，1μg mL-1和10μg mL-1。
图3为六价铬离子质量浓度为0.0001-10μg mL-1的标准曲线图；插图为六价铬离子质量浓度取对数后的标准曲线。
具体实施方式
结合附图对本发明做进一步说明；
实施例1：
(1)银纳米花基底的制备：采用聚乙烯吡咯烷酮还原法制备银纳米花，将0.2mL浓度为1.0M的硝酸银和2.0mL质量浓度为1.0％聚乙烯吡咯烷酮加入到10mL的烧杯中，在室温下磁力搅拌10分钟，将2.0mL浓度为0.1M的抗坏血酸溶液迅速加入上述溶液，在室温下磁力搅拌15分钟后结束反应且溶液呈灰色；将银溶胶用乙醇和超纯水清洗数干次洗去未反应的试剂，在室温下干燥与储藏，得到银纳米花基底；图1为得到银纳米花的SEM表征图，由图可以看出，合成的银纳米花较为均匀。
(2)液液微萃取技术浓缩六价铬离子；
配制质量浓度的六价铬离子溶液，浓度为0μg mL-1，0.0001μg mL-1，0.001μg mL-1，0.01μg mL-1，0.1μg mL-1，1μg mL-1和10μg mL-1，加入浓度为5.0M盐酸0.5mL和1×10-4M的罗丹明6G溶液0.1mL，并加去离子水至5.0mL；然后快速将1.0mL的甲醇和50.0μL的氯仿混合液加入入上述溶液中，振荡30s，超声3min，在12000rpm离心3min，去掉上清液，收集下层溶液；
(3)液液微萃取技术结合SERS技术绘制六价铬离子标准曲线：
取步骤1制备的银纳米花基底溶于乙醇溶液，得到银纳米花基底乙醇溶液，浓度为1.0mg mL-1；取步骤(1)制备的银纳米花基底乙醇溶液和步骤(2)收集的下层溶液各10.0μL混合均匀，并放置在预先清理干净的硅片上，在785nm激光激发，采集不同点位置的3个光谱，采集时间为2.0秒；采集的不同浓度的六价铬离子的拉曼光谱如图2所示，图2为不同浓度的六价铬离子对应的SERS光谱图；其中不同浓度的六价铬离子从上往下依次为0μg mL-1，0.0001μg mL-1，0.001μg mL-1，0.01μg mL-1，0.1μg mL-1，1μg mL-1和10μg mL-1；由图可以看出在1505cm-1拉曼位移处的峰强度随铬离子的浓度的升高而降低。用没有加铬离子的1505cm-1拉曼位移处对应的强度减去采集后的不同浓度的六价铬离子在1505cm-1拉曼位移处对应的强度作为纵坐标，浓度作为横坐标，绘制标准曲线如图3所示，图3为六价铬离子质量浓度C为0.0001-10μg mL-1的标准曲线图；由图可以看出0.0001-10μg mL-1呈现良好的线性关系，因此该方法及选择的峰适合于检测铬离子。
(4)液液微萃取技术结合SERS检测三价和六价铬离子：
S1.六价铬离子浓度检测：选取4.0mL待测样品同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度；
S2.三价铬离子浓度检测：选取待测样品等体积分为2份，每份4.0mL，分别记为待测样品a和待测样品b；待测样品a同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度，记为A；待测样品b加入浓度为1.0M的氢氧化钾溶液，当溶液PH大于10时停止加入氢氧化钾，再加入2.0mL质量浓度为10％的过氧化氢溶液，加热蒸干溶剂后，加去离子水定容至4.0mL，然后同步骤2和步骤3的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品b铬离子的浓度，记为B；B减去A即为待测样品三价铬离子浓度。
本发明制备的一种融合液液微萃取技术与SERS技术超灵敏检测铬离子的方法，合成了具有良好生物相容性和稳定拉曼信号的银纳米花，利用液液微萃取技术浓缩溶液中的六价铬离子，当浓缩液中存在铬离子时，铬离子与罗丹明6G反应，检测体系的拉曼信号改变，实现铬离子的定量测量的目的；本发明安全环保，适用于食品、材料化学等技术领域。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备获得银纳米花基底；
(2)液液微萃取技术浓缩六价铬离子：配制不同浓度的六价铬离子溶液，加入盐酸和罗丹明6G溶液，再加入去离子水；然后加入甲醇和氯仿的混合液，经振荡、超声、离心后，去掉上清液，收集下层溶液；
(3)取步骤(1)得到银纳米花基底，溶于乙醇，得到银纳米花基底乙醇溶液，与步骤(2)收集的下层溶液混合，放置在硅片上，在785nm激光下激发，采集光谱，将不同浓度的六价铬离子对应的光谱强度绘制标准曲线；
(4)铬离子浓度检测；
S1.六价铬离子浓度检测：选取待测样品同步骤2和步骤3中液液微萃取以及进行SERS检测的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度；
S2.三价铬离子浓度检测：选取待测样品等体积分为2份，分别记为待测样品a和待测样品b；待测样品a同步骤2和步骤3中液液微萃取以及进行SERS检测的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品六价铬离子的浓度，记为A；待测样品b加入氢氧化钾溶液，当溶液PH大于10时停止加入氢氧化钾，再加入过氧化氢溶液，加热蒸干溶剂后，加去离子水定容至待测样品b的初始体积，然后同步骤2和步骤3中液液微萃取以及进行SERS检测的方式，采集光谱，根据建立的标准曲线得到待测样品b铬离子的浓度，记为B；B减去A即为待测样品三价铬离子浓度。
2.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)所述六价铬离子溶液的浓度为0.0001～10μg mL-1。
3.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)所述六价铬离子溶液、盐酸、罗丹明6G溶液、去离子水、甲醇、氯仿的体积比为：4：0.5：0.1：0.4：1.0：0.05；所述盐酸的浓度为5.0M；所述罗丹明6G溶液的浓度为1×10-4M。
4.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)所述振荡的时间不少于30s；所述超声的时间不少于3min。
5.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(2)所述离心的条件为：转速12000.0rpm，时间3min。
6.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(3)所述步骤(1)制备的银纳米花基底乙醇溶液和步骤(2)收集的下层溶液的体积比为1：1；所述银纳米花基底乙醇溶液的浓度为1.0mg mL-1。
7.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(4)的S2中所述氢氧化钾溶液的浓度为1.0M；所述过氧化氢溶液的质量浓度为10％。
8.根据权利要求1所述的融合液液微萃取与SERS技术检测铬离子的方法，其特征在于，步骤(4)的S2中所述待测样品b与过氧化氢溶液的体积比为2:1。
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