CN110715920A - 环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法 - Google Patents

环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，包括以下步骤：(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与待测溶液混合，形成检测样品；(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；(3)制作磁场装置，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，团聚直微流管道中的检测样品；(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集拉曼光谱。本发明避免了复杂的微通道设计，设备简单，成本低；有利于观测团聚情况；团聚效果更好；有效提高设备利用率。

Description

环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法
技术领域
本发明属于纳米材料与光学技术领域，具体涉及一种环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法。
背景技术
现有的用于定量环境污染物的方法通常采用离子体共振(SPR)、荧光和化学发光方法，这些成熟的检测方法存在孵育时间长、分析处理时间长、结合特异性差、免疫分析检测范围低等缺点。近年来，基于表面增强拉曼散射(SERS)的检测方法因其高灵敏度和多重检测能力而受到广泛关注，尤其是将SERS和微流体技术相结合，能够在减少检测时间和程序的同时，只需通过微升范围内的试剂就可以对环境污染物进行定性或定量分析。
但现有的微流SERS设备需要采用昂贵的光刻工艺来制备SERS衬底，以及通过复杂的微通道设计来改善混合和分离，设备成本高，设计复杂，且容易因分离效果不佳，导致设备利用率低。
发明内容
针对上述技术问题，本发明旨在提供一种设备简单、成本低、且有效提高设备利用率的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，包括以下步骤：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与待测溶液混合，形成检测样品；
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集拉曼光谱。
作为优选，步骤(1)中的水溶液化学合成方法如下：
(a)将0.00192克的Fe3O4纳米颗粒加入到100ml的水中，然后在超声机中超声30min；
(b)将0.01mol/L的5mlHAuCl4与0.0mol/L的14mlNaOH按1：2.8的比例进行混合，然后放在搅拌器中搅拌半小时；
(c)将0.0037克的NaBH4溶于4℃的10ml水中；
(d)取10ml步骤(a)获得的溶液与步骤(b)获得的溶液混合，再滴入1ml步骤(c)获得的溶液，将该混合溶液在超声机里超声30min；
(e)将步骤(d)获得的溶液离心，清洗三次，即得到Fe3O4@Au颗粒。
采用上述水溶液化学合成方法，操作简单，合成的Fe3O4@Au颗粒大小均匀。
作为优选，步骤(1)中的磁性纳米颗粒与待测溶液按1:1的比例混合，并在超声机里超声30min。磁性纳米颗粒与待测溶液的混合比例合理，并通过超声机使混合更为均匀，有效保证检测结果的准确性。
作为优选，步骤(4)中微流泵的流速设置为5ul/min。流速合理，利于团聚。
作为优选，步骤(4)中磁场装置的电源设置为电流为1-2A，电压为20V。电流及电压数值设置合理，避免电流或电压数值过大或过小，不利于团聚。
作为优选，步骤(5)中采集检测样品拉曼光谱的条件为：激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
本发明的有益效果是：
1、采用直微流管道，避免了复杂的微通道设计，设备简单，成本低；
2、在拉曼平台上进行团聚，有利于观测团聚情况，使团聚过程更为直观；
3、采用电源装置控制磁场装置的磁场强度来团聚检测样品，与采用电流控制电场来团聚检测样品相比，团聚效果更好，更利于后期的拉曼光谱的采集；
4、采用磁性纳米颗粒作为SERS活性基底，极大改善了SERS活性基底与检测物之间的混合和分离，有效提高设备利用率。
附图说明
图1为微流控系统结构示意图；
图2为MB溶液检测的拉曼光谱图；
图3为R6G酒精溶液检测的拉曼光谱图；
图4为三聚氰胺水溶液检测的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，包括以下步骤：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与待测溶液混合，形成检测样品；
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集拉曼光谱。
制作微流控系统的具体步骤为：a、采用PDMS胶制作直微流管道，将直微流管道绑定在玻璃片上，制作好微流控芯片；b、将微流管道与微流泵连接；c、将检测样品吸入注射器，然后将注射器固定在微流泵上。本发明的基本原理为：位于磁场中的磁性纳米颗粒由于磁场作用而产生团聚，使得增强基底产生更多的热点，大大提高检测灵敏性。
进一步地，水溶液化学合成方法如下：
(a)将0.00192克的Fe3O4纳米颗粒加入到100ml的水中，然后在超声机中超声30min；
(b)将0.01mol/L的5mlHAuCl4与0.0mol/L的14mlNaOH按1：2.8的比例进行混合，然后放在搅拌器中搅拌半小时；
(c)将0.0037克的NaBH4溶于4℃的10ml水中；
(d)取10ml步骤(a)获得的溶液与步骤(b)获得的溶液混合，再滴入1ml步骤(c)获得的溶液，将该混合溶液在超声机里超声30min；
(e)将步骤(d)获得的溶液离心，清洗三次，即得到Fe3O4@Au颗粒。
进一步地，步骤(1)中的磁性纳米颗粒与待测溶液按1:1的比例混合，并在超声机里超声30min。
进一步地，步骤(4)中微流泵的流速设置为5ul/min。
进一步地，步骤(4)中磁场装置的电源设置为电流为1-2A，电压为20V。
进一步地，步骤(5)中采集检测样品拉曼光谱的条件为：激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
下面结合具体实施例，对本发明方法进行详细说明。
实施例一
对亚甲基蓝(MB)进行拉曼光谱检测，具体检测步骤如下：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与MB溶液按1:1混合，并在超声机里超声30min，形成检测样品；
其中，水溶液化学合成方法如下：
(a)将0.00192克的Fe3O4纳米颗粒加入到100ml的水中，然后在超声机中超声30min；
(b)将0.01mol/L的5mlHAuCl4与0.0mol/L的14mlNaOH按1：2.8的比例进行混合，然后放在搅拌器中搅拌半小时；
(c)将0.0037克的NaBH4溶于4℃的10ml水中；
(d)取10ml步骤(a)获得的溶液与步骤(b)获得的溶液混合，再滴入1ml步骤(c)获得的溶液，将该混合溶液在超声机里超声30min；
(e)将步骤(d)获得的溶液离心，清洗三次，即得到Fe3O4@Au颗粒。
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，微流泵的流速设置为5ul/min，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，电流为1-2A，电压为20V，时间为3min，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集MB的拉曼光谱，采集条件为激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
检测结果如图2所示，从图中可以看出，采用本发明的检测方法可以获得的MB的拉曼特征峰，实现了对以MB为代表的有机污染物高灵敏检测。
实施例二
对R6G进行拉曼光谱检测，具体检测步骤如下：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与R6G溶液按1:1混合，并在超声机里超声30min，形成检测样品，水溶液化学合成方法同实施例一一样；
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，微流泵的流速设置为5ul/min，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，电流为1-2A，电压为20V，时间为3min，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集R6G的拉曼光谱，采集条件为激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
检测结果如图3所示，从图中可以看出，采用本发明的检测方法可以获得的R6G的拉曼特征峰，实现了对以R6G为代表的有机污染物高灵敏检测。
实施例三
对三聚氰胺进行拉曼光谱检测，具体检测步骤如下：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与三聚氰胺溶液按1:1混合，并在超声机里超声30min，形成检测样品，水溶液化学合成方法同实施例一一样；
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，微流泵的流速设置为5ul/min，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，电流为1-2A，电压为20V，时间为3min，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集三聚氰胺的拉曼光谱，采集条件为激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
检测结果如图4所示，从图中可以看出，采用本发明的检测方法可以获得的三聚氰胺的拉曼特征峰，实现了对以三聚氰胺为代表的有机污染物高灵敏检测。

Claims (6)

1.一种环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)采用水溶液化学合成方法合成磁性纳米颗粒，并将磁性纳米颗粒与待测溶液混合，形成检测样品；
(2)采用直微流管道制作微流控芯片，将检测样品吸入注射器，并固定在微流泵上，微流泵与直微流管道相连，形成微流控系统；
(3)制作磁场装置，将两个小铁芯用线圈绕起来，再与可调控的电源装置相连，使磁场装置的磁场强度能够通过可调控的电源装置控制；
(4)将微流控系统和磁场装置置于拉曼平台上，调整显微物镜与微流控芯片的距离，打开微流泵，使注射器内的检测样品流入直微流管道，接通磁场装置的电源，团聚直微流管道中的检测样品；
(5)将激光焦点聚焦在检测样品上，采集拉曼光谱。
2.根据权利要求1所述的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤(1)中的水溶液化学合成方法如下：
(a)将0.00192克的Fe3O4纳米颗粒加入到100ml的水中，然后在超声机中超声30min；
(b)将0.01mol/L的5mlHAuCl4与0.0mol/L的14mlNaOH按1：2.8的比例进行混合，然后放在搅拌器中搅拌半小时；
(c)将0.0037克的NaBH4溶于4℃的10ml水中；
(d)取10ml步骤(a)获得的溶液与步骤(b)获得的溶液混合，再滴入1ml步骤(c)获得的溶液，将该混合溶液在超声机里超声30min；
(e)将步骤(d)获得的溶液离心，清洗三次，即得到Fe3O4@Au颗粒。
3.根据权利要求1所述的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤(1)中的磁性纳米颗粒与待测溶液按1:1的比例混合，并在超声机里超声30min。
4.根据权利要求1所述的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤(4)中微流泵的流速设置为5ul/min。
5.根据权利要求1所述的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤(4)中磁场装置的电源设置为电流为1-2A，电压为20V。
6.根据权利要求1所述的环境污染物的表面增强拉曼光谱检测方法，其特征在于：步骤(5)中采集检测样品拉曼光谱的条件为：激光波长为633nm，激光功率为10mW，采集时间为20s，拉曼光谱检测范围为400-1800cm-1。
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