CN113640275A - 一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法。一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，包括以下步骤：a、在用冰浴冷却的硼氢化钠溶液中逐滴滴入硝酸银溶液，在硝酸银滴入过程中持续搅拌使得反应充分进行，待溶液呈棕黄色时停止滴入硝酸银，获得银纳米材料溶液；b、将预处理后的有机质样品置于载样板上摊平，向摊平的样品中间滴步骤a得到的银纳米材料溶液，待银纳米材料溶液和样品充分混合，进行拉曼光谱检测。本发明利用表面增强拉曼技术(SERS)将有机质拉曼检测过程中产生的荧光抑制，并提高其拉曼信号，从而获得更为准确的有机质拉曼信号。
Description
技术领域：
本发明属于油气地球化学技术领域，具体涉及一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法。
背景技术：
近年来人们倾向用有机质的拉曼参数代替传统的镜质体反射率作为有机质成熟度的指标。这是因为传统的镜质体反射率检测劳动量大，检测结果跟操作人员的经验有很大的关系，并且由于光性问题，高成熟度样品镜质体反射率检测结果通常不准。用有机质的拉曼参数代表其成熟度，则具有客观，实验操作快速，不破坏样品的优点。
有机质在拉曼光谱图上主要有两个峰，D和G峰，这两个峰的间距，峰高、半峰宽、峰面积或者峰面积的比值会随着其成熟度的变化而有规律的改变，从而人们将有机质拉曼光谱上D和G的参数与有机质的成熟度联系起来，代替传统的镜质体反射率。目前有机质拉曼检测是将有机质的样品表面抛光之后用拉曼光谱仪直接检测其中的所含镜质体或者沥青(无法找到镜质体的样品)。该方案有以下几个缺陷：1)工作量大的问题。需要抛光样品表面，在样品的表面寻找多个镜质体进行统计工作，工作量较大；2)样品表面可能存在有机质成熟度均一性问题。由于同一样品的不同位置有机质成熟度可能存在差异，导致检测到的有机质拉曼参数可能存在较大误差；3)有机质拉曼光谱图中荧光干扰问题。有机质成熟度越低，其荧光背景越高，这些荧光背景严重干扰有机质的D和G特征峰，甚至会导致低成熟度的有机质特征峰在光谱图上消失；4)有机质检测过程中的降解和燃烧问题。有机质主要为黑色或者偏黑色物质，极易吸收激光的能量，导致样品降解甚至燃烧。
表面增强拉曼光谱(SERS)能够减弱有机样品在拉曼检测过程中样品受到激发光照射产生的荧光背景，同时明显增强其拉曼信号。生物、材料等学科用到的表面增强拉曼技术主要针对的是单分子有机物，其有机质通常颜色鲜艳，例如染料，可以用金纳米等材料较长的配合激发光(例如785nm)。其方案通常将这些有机质先溶于有机溶剂，而纳米材料则可以喷涂到基板上晾干，然后将溶有有机物的溶剂涂到纳米材料上，即可进行拉曼检测。但是生物、材料学科用到的单分子的表面拉曼增强技术无法应用到煤、页岩等所含的有机质的拉曼检测。煤、页岩等所含有机质是一种由多种大分子有机分子组成的混合物。我们的测试显示，生物方面常用的金纳米材料无法达到消除有机质荧光，增强其信号的效果。除了532nm激光，改变激发光波长，例如长波的632.8nm，785nm，甚至1064nm都对有机质拉曼光谱中的荧光没有任何消除作用。紫外激发光，例如244nm，虽然能够消除有机质产生的部分荧光，但是有机质在紫外光照射下极不稳定，并且有机质的拉曼特征峰参数对成熟度敏感度下降。有机质难于完全溶于有机溶剂，将纳米材料涂到基板的方法很难令有机质分子与纳米材料充分接触。并且引入的有机溶剂也有可能在拉曼谱图上产生一些对有机质拉曼检测有干扰的峰。经过大量测试，生物、材料学科那种将纳米材料涂到基板的方法不适用于有机质的拉曼检测。
发明内容：
本发明的目的是为了解决有机质样品拉曼检测过程中均一度差导致的数据重新性低和低成熟度有机质荧光较强导致的拉曼信噪比低的问题，提供一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法。
本发明提出的一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，包括以下步骤：
a、在用冰浴冷却的硼氢化钠溶液中逐滴滴入硝酸银溶液，在硝酸银滴入过程中持续搅拌使得反应充分进行，待溶液呈棕黄色时停止滴入硝酸银，获得银纳米材料溶液；
b、将预处理后的有机质样品置于载样板上摊平，向摊平的样品中间滴步骤a得到的银纳米材料溶液，待银纳米材料溶液和样品充分混合，进行拉曼光谱检测。
银纳米材料的制备有很多种方案，只要不引入在拉曼光谱图中1300-1700em-1出现的背景噪声，就可以作为银纳米材料的配置方案。
银纳米材料溶液呈棕黄色(如图1所示)，在银纳米材料溶液配置过程中，装有硼氢化钠溶液的容器置于碎冰之上，确保溶液温度在不超过5℃。同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，确保在硝酸银溶液加入硼氢化钠溶液过程中二者得到充分的混合。其化学反应方程式如下：
AgNO3+NaBH4→Ag+1/2H2+1/2B2H6+NaNO3 (1)
优选地，所述的步骤a中硝酸银溶液中银离子与硼氢化钠溶液中硼氢根的摩尔比为1∶4-1∶7。
优选地，所述的步骤a中硝酸银溶液的摩尔浓度为0.9-1.2mmol/L，硼氢化钠溶液的摩尔浓度为1.9-2.2mmol/L。
优选地，所述的步骤b中样品的预处理步骤为：将有机质样品粉碎至150-200目，得到预处理后的有机质样品。
优选地，所述的步骤b将预处理后的有机质样品置于载样板上摊平，向样品中间滴步骤a得到的银纳米材料溶液的具体步骤为：取预处理后的样品15-50mg置于载样板上，摊平至约1-2mm厚，直径1.5-2.5cm的圆，向样品中间滴1-2滴步骤a得到的银纳米材料溶液。载样板可以为玻璃片、铝片、铜片等。
所述的激光拉曼光谱检测适用于激发光波长是424-632.8nm的拉曼光谱检测。以激发光波长是532nm为例，显微激光拉曼光谱检测的具体步骤为：将载有待测的银纳米材料和样品混合物载样板置于共聚焦显微激光拉曼下，采用532nm激光为激发光，功率5mW，曝光时间为5s，每个样品累积曝光5次，不需要针对样品的特定位置，只需将激光聚焦到样品上即可。
本发明还保护上述基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法在有机质的拉曼检测中的应用。本发明还可以用于检测其它容易在激光拉曼检测过程中由于激发光照射导致燃烧或者降解的深颜色有机物质。
优选地，所述的有机质包括煤、页岩、沥青和干酪根。
相比与现有技术，本发明的有益效果如下：
1)本发明样品用量极少，15mg就可以检测；2)荧光明显减少，有机质的拉曼信号明显增强；3)银纳米材料溶液的冷却效果使得有机质避免了被降解或者燃烧导致的成分改变的现象；4)由于样品检测过程中为粉末状，解决了拉曼检测过程中出现的样品均一性问题。
附图说明：
图1是实施例1制得银纳米材料溶液；
图2是实施例1和对比例1添加和未添加银纳米材料的有机质的拉曼光谱对比图。
具体实施方式
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
下述实施例中的样品均选自含有二型干酪根的页岩。下述实施例中载样板为载玻片。下述实施例中，采用的是Witec公司生产的alfa r300显微拉曼光谱仪，其检测参数为：采用532nm激光为激发光，功率5mW，曝光时间为5s，每个样品扫描5次，物镜为50倍。
实施例1：
一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，包括以下步骤：
a、银纳米材料溶液的配制：将10mL 1.0mmol/L的硝酸银溶液逐渐滴入30mL2.0mmol/L的硼氢化钠溶液中，溶液最后呈棕黄色(见图1)。在银纳米材料溶液配制过程中，装有硼氢化钠溶液的容器置于碎冰之上，确保溶液温度在不超过5℃。同时利用磁力搅拌器搅拌溶液，确保在硝酸银溶液加入硼氢化钠溶液过程中二者得到充分的混合。
b、将样品磨碎至150-200目，取15mg样品置于载样板上，摊平至约1-2mm厚，直径1.5-2.5cm的圆，滴1滴银纳米材料溶液至样品中间，待银纳米材料和样品充分混合，将载有待测的纳米材料和样品混合物载样板置于共聚焦显微激光拉曼下，采用532nm激光为激发光，不需要针对样品的特定位置只需将激光聚焦到样品上即可。其结果如图2所示。
对比例1：
取有机质样品0.5g左右，粉碎至150-200目粉末，取其中15mg粉末样品置于载样板上，摊平至约1-2mm厚，直径1.5-2.5cm的圆，将载有待测的样品载样板置于共聚焦显微激光拉曼下，采用532nm激光为激发光，不需要针对样品的特定位置，仅需将激光聚焦到样品表面即可。其结果如图2所示。
从图2可以看出，未添加银纳米材料的对比例1的这些荧光背景严重干扰有机质的特征峰，银纳米材料有效降低了有机质的背景荧光并增强了拉曼信号。
采用424nm或632.8nm激光为激发光，检测样品、检测步骤与实施例1相同，进行样品检测，得到的结果与采用532nm激光为激发光时的检测结果基本相同。
实施例2
与实施例1相同，不同之处在于：步骤a中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:4，硝酸银溶液的摩尔浓度为1.2mmol/L，硼氢化钠溶液的摩尔浓度为1.9mmol/L。
实施例3
与实施例1相同，不同之处在于：步骤a中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:7，硝酸银溶液的摩尔浓度为0.9mmol/L，硼氢化钠溶液的摩尔浓度为2.2mmol/L。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在用冰浴冷却的硼氢化钠溶液中逐滴滴入硝酸银溶液，在硝酸银滴入过程中持续搅拌使得反应充分进行，待溶液呈棕黄色时停止滴入硝酸银，获得银纳米材料溶液；
b、将预处理后的有机质样品置于载样板上摊平，向摊平的样品中间滴步骤a得到的银纳米材料溶液，待银纳米材料溶液和样品充分混合，进行拉曼光谱检测。
2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，所述的步骤a中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:4-1:7。
3.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，所述的步骤a中硝酸银溶液的摩尔浓度为0.9-1.2mmol/L，硼氢化钠溶液的摩尔浓度为1.9-2.2mmol/L。
4.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，所述的步骤b中有机质样品的预处理步骤为：将有机质样品粉碎至150-200目，得到预处理后的有机质样品。
5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，所述的步骤b将预处理后的有机质样品置于载样板上摊平，向样品中间滴步骤a得到的银纳米材料溶液的具体步骤为：取预处理后的样品15-50mg置于载样板上，摊平至约1-2mm厚，直径1.5-2.5cm的圆，向样品中间滴1-2滴步骤a得到的银纳米材料溶液。
6.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法，其特征在于，所述的激光拉曼光谱检测适用于激发光波长是424-632.8nm的拉曼光谱检测。
7.权利要求1所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法在有机质的拉曼检测中的应用。
8.根据权利要求7所述的基于表面增强拉曼光谱的有机质拉曼检测方法在有机质的拉曼检测中的应用，其特征在于，所述的有机质包括煤、页岩、沥青和干酪根。
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| CN114839177A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-02 | 哈尔滨医科大学 | 一种基于表面增强拉曼光谱技术无标签检测中草药有效成分的方法和应用 |
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