CN114184592B - 一种基于负电性sers基底的负电性分子sers检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，是将待测负电性分子溶液与硫脲类分子助剂溶液混合均匀得到混合溶液，向负电性的SERS基底中加入混合溶液，使用拉曼光谱仪进行检测，根据目标分子的特征拉曼谱峰位置和谱峰强度对待测负电性分子溶液进行分析。本发明通过选用硫脲类分子作为助剂，选用负电性SERS基底，对负电性分子实现高灵敏检出，具有良好的稳定性和重现性。
Description
技术领域
本发明属于光谱分析检测技术领域，具体涉及一种快速检测痕量负电性物质的表面增强拉曼光谱方法。
背景技术
实现高灵敏SERS检测主要有以下三种方法:1.选取大拉曼散射截面分子:拉曼散射截面大的分子如R6G，RhB的分子往往有着较高的SERS信号。2.制备超高活性的SERS基底:有着高热点密度的有序阵列固态基底与具有一定尺寸和形状的Au/Ag溶胶基底SERS增强效果远强于电化学表面粗糙化的基底。3.增强分子与基底之间的相互作用，吸附在金属表面第一层分子可以获得最大的增强，含有-SH,-CN等官能团的分子如4-MBA，乙腈可通过化学吸附紧贴基底表面，含有-NH2,-NH4+,-COO-等官能团结构的分子如结晶紫，孔雀石绿等可通过物理吸附取代基底表面配体，这两类分子的SERS检测往往有较高的灵敏度，
在实际检测过程中，更多的分子如多氯联苯，DNA，核苷酸等与基底的相互作用非常弱，分子在基底表面的吸附是一个动态过程，此时分子进出热点会极大的影响拉曼信号(尤其是在超低浓度时)。SERS检测面临的最大挑战之一即是如何提高这类弱吸附分子的检测灵敏度。解决此类弱吸附分子检测问题的一种策略是将光谱采集时间设置的尽可能短，这样可以挑选在一系列谱图中信噪比最佳的光谱。而另一种更好检测弱吸附分子的策略是通过化学修饰或物理作用(静电，π键，氢键，以及范德华力)将分子固定在基底表面从而提高分子与基底的表面亲和力实现高灵敏检测。静电作用显著影响弱吸附分子与SERS基底表面的亲和力。柠檬酸钠或者抗坏血酸所制备的Au/Ag NPs基底通过静电引力使正电性弱吸附分子更易进入热点实现高灵敏检测。但对于负电性弱吸附分子，静电斥力反而会阻碍分子进入热点，这制约了负电性弱吸附分子的检测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种快速检测痕量负电性物质的表面增强拉曼光谱方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案为:
一种基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，包括以下步骤:
1)将待测负电性分子溶液与助剂溶液混合均匀得到混合溶液A，所述助剂是硫脲类分子，混合溶液A中助剂浓度为50μM～1mM；
2)向负电性的SERS基底中加入所述混合溶液A，得到检测样；
3)使用拉曼光谱仪检测所述检测样，根据拉曼特征峰位置和峰强度对待测负电性分子溶液进行分析。
可选的，所述负电性的SERS基底是固态基底或溶胶基底。
可选的，所述溶胶基底是金纳米粒子溶胶或银纳米粒子溶胶。
可选的，所述混合溶液A和溶胶基底的体积比为3～5:1。
可选的，所述硫脲类分子包括硫脲、甲基硫脲或苯基硫脲。
可选的，所述混合溶液A中助剂的浓度为500μM。
可选的，所述待测负电性分子是日落黄，步骤3)中，根据739cm-1、1345cm-1、1360cm-1和1597cm-1处的特征峰定性为日落黄。
可选的，所述日落黄分子的最低检出浓度为100μg/L。
可选的，所述待测负电性分子是柠檬黄，步骤3)中，根据1338cm-1、1498cm-1、1547cm-1和1595cm-1处的特征峰定性为柠檬黄。
可选的，所述柠檬黄的最低检出浓度为100μg/L。
本发明所述的溶液，均指水溶液，以水为溶剂。
本发明的有益效果为:
1、本发明通过选用硫脲类分子作为助剂，负电性金银纳米材料作为基底，能够对带负电的分子实现低浓度检出，具有良好的稳定性和重现性。
2、本发明的方法具有检测过程简单快速、响应迅速、检测成本低廉、检测灵敏度高等优势。
附图说明
图1为本发明实施例1中硫脲浓度对日落黄检测影响的SERS谱图；
图2为本发明实施例2中检测日落黄的SERS谱图；
图3为本发明实施例3中检测柠檬黄的SERS谱图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。
实施例1
步骤1，取一定待测日落黄分子标液与硫脲溶液混合，得到待测分子与助剂分子混合液，混合液中日落黄分子浓度为1000μg/L，硫脲浓度分别为10/50/100/500/1000/10000μM。
步骤2、取200μL上述的(1)中待测分子与硫脲混合液，将其加入到50μL的负电性银纳米粒子溶胶中。本实施例中，负电性银纳米粒子溶胶合成方法:取40mL超纯水，5mL0.53mM硝酸银加入到烧瓶中，加热煮沸后迅速加入5mL 1％柠檬酸钠溶液，持续反应30min后停止加热，冷却后放入冰箱保存。此外，也可以采用其他已知合成方法。
步骤3、将96孔板置于便携式拉曼光谱仪器显微镜下，调整镜头与96孔板的垂直距离，使激光在液面聚焦为一个明亮的圆形光点进行检测。测试前扫描暗电流，以减少背景的干扰；使用波长为785nm的激光，积分时间为3s，累计次数为5次；记录待测分子的拉曼峰位置。
图1为1000μg/L日落黄分子与不同浓度硫脲混合液加入负电性银溶胶后的SERS谱图。当硫脲浓度降低至10μM时，可以观察到位于1397、1021、947cm-1处来自于柠檬酸根的拉曼谱峰的显著增强。当硫脲浓度提高到50μM时，柠檬酸根的SERS信号完全被日落黄SERS信号取代，其信号强度随着硫脲浓度从50μM增加到1mM基本保持不变，但当硫脲浓度增加到10mM时，日落黄的SERS信号迅速降低至及其微弱。由此可见，当cit-Ag NPs在硫脲诱导下发生团聚形成SERS热点时，表面吸附的柠檬酸根，溶液中自由态和络合态硫脲三种分子将在SERS热点区域发生浓度依赖的竞争和诱导共吸附。当硫脲浓度较低(<10μM)时，络合态硫脲的比例较低，因此表面吸附的硫脲以自由态为主，其与负电性柠檬酸根共吸附，从而观察到柠檬酸根的强SERS信号。当硫脲浓度增加到一定浓度区间(10μM-1mM)时，表面络合态硫脲比例迅速增加，从而观察到清晰的目标分子的SERS信号。硫脲浓度过高(>10mM)时，自由态和络合态硫脲间将发生竞争吸附而导致目标分子的SERS信号显著削弱。
由上可知，在日落黄分子的检测浓度范围(100μg/L-1mg/L)内，自由态硫脲的浓度远大于络合态硫脲的浓度。考虑到二者都是通过S端吸附在Ag NPs表面，我们推断自由态硫脲的表面覆盖度远大于络合态。
实施例2
步骤1、取一定体积待测日落黄分子标液与硫脲溶液混合，得到待测分子与助剂分子混合液，混合液中日落黄分子浓度为10/100/1000μg/L，硫脲浓度为500μM。
步骤2及步骤3同实施例1。
图2为助剂分子硫脲最佳浓度500μM时不同浓度日落黄分子检测的SERS谱图，根据739、1345、1360和1597cm-1处的特征峰可以定性为日落黄，1345和1360cm-1处的特征峰是日落黄分子峰强最高的两个峰，1597cm-1处的特征峰为部分磺酸根类分子共有峰，本方法的原理主要是1)破坏负电性SERS溶胶基底的界面双电层结构，形成SERS热点。2)取代表面吸附的柠檬酸根，有效削弱基底表面对负电性分子的静电斥力，同时，末端氨基通过氢键作用诱导负电性分子共吸附。二者共同作用实现了痕量负电性分子的检出。对日落黄分子的最低可检出浓度为100μg/L。
实施例3
步骤1、取一定体积待测柠檬黄分子标液与硫脲溶液混合，得到待测分子与助剂分子混合液，混合液中柠檬黄分子浓度为10/100/1000μg/L，硫脲浓度为500μM。
步骤2和步骤3同实施例1。
图3为助剂分子硫脲最佳浓度500μM时不同浓度柠檬黄分子检测的SERS谱图，根据1338、1498、1547和1595cm-1处的特征峰可以定性为柠檬黄，1338和1498cm-1处的特征峰是柠檬黄分子峰强最高的两个峰，1595cm-1处的特征峰为部分磺酸根类分子共有峰。从图中可见，柠檬黄的可检出范围为100μg/L～1000μg/L。
实施例4
步骤1、将一待测溶液与10mM硫脲溶液按照体积比19:1混合，得到混合液，混合液中硫脲溶液的浓度为500μM。
步骤2和步骤3同实施例1。
根据检测得到的SERS谱图，对特征峰进行分析，对待测溶液内含有的负电性分子定性，从而实现负电性分子的检出。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)将待测负电性分子溶液与助剂溶液混合均匀得到混合溶液A，所述助剂是硫脲类分子，混合溶液A中助剂浓度为50μM～1mM；
2)向负电性SERS基底中加入所述混合溶液A，得到检测样；
3)使用拉曼光谱仪检测所述检测样，根据拉曼特征峰位置和峰强度对待测负电性分子溶液进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述负电性的SERS基底是固态基底或溶胶基底。
3.根据权利要求2所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述溶胶基底是金纳米粒子溶胶或银纳米粒子溶胶。
4.根据权利要求3所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述混合溶液A和溶胶基底的体积比为3～5:1。
5.根据权利要求1所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述硫脲类分子包括硫脲、甲基硫脲或苯基硫脲。
6.根据权利要求1所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述混合溶液A中助剂的浓度为500μM。
7.根据权利要求1所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述待测负电性分子是日落黄，步骤3)中，根据739cm-1、1345cm-1、1360cm-1和1597cm-1处的特征峰定性为日落黄。
8.根据权利要求7所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述日落黄分子的最低检出浓度为100μg/L。
9.根据权利要求1所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述待测负电性分子是柠檬黄，步骤3)中，根据1338cm-1、1498cm-1、1547cm-1和1595cm-1处的特征峰定性为柠檬黄。
10.根据权利要求9所述的基于负电性SERS基底的负电性分子SERS检测方法，其特征在于:所述柠檬黄的最低检出浓度为100μg/L。
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