專利名稱：多環(huán)類芳烴及其取代物的表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機(jī)污染物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)快速 定性和痕量檢測(cè)多環(huán)類芳烴及其取代物的方法。
背景技術(shù)：
多環(huán)類芳烴是一類含有兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)或雜環(huán)的有機(jī)化合物以及其取代物， 這些化合物難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。它們是由煤、石油、木材、煙草、有機(jī)高分子化合物 等有機(jī)物不完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的，是主要的環(huán)境和食品污染物，其中有相當(dāng)部分具有致癌性。目前我國(guó)公認(rèn)的檢測(cè)水質(zhì)中多環(huán)類芳烴及其取代物含量的方法主要是液相萃取 和固相萃取高效液相色譜_質(zhì)譜學(xué)法，該方法對(duì)痕量、超痕量多環(huán)類芳烴及其取代物的分 析具有獨(dú)特的專一性和較高的靈敏度。但是，色譜-質(zhì)譜學(xué)方法需要有復(fù)雜的樣品前處理 過程，耗時(shí)長(zhǎng)；要求具有良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和訓(xùn)練有素的操作人員；以及昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器、大 量的色譜純?nèi)軇┖投ㄐ远坑玫臉?biāo)準(zhǔn)品，這些都給該方法的普遍應(yīng)用帶來(lái)了困難。表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)技術(shù)廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物分子的痕量檢測(cè)，具有檢測(cè) 時(shí)間短、原位檢測(cè)、實(shí)時(shí)檢測(cè)、無(wú)損分析和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但是該方法需要以高靈敏度的 SERS基底作為基礎(chǔ)，并且需要待測(cè)物與增強(qiáng)基底有較強(qiáng)的物理或化學(xué)吸附作用。對(duì)于多環(huán) 類芳烴及其取代物這類難溶于水的有機(jī)化合物，通常很難與SERS基底有相互作用，因此限 制了 SERS檢測(cè)技術(shù)在此類化合物上的應(yīng)用。目前，有文獻(xiàn)報(bào)道(Anal. Chem. 2009，81，1418)在杯芳烴修飾的金屬基底上利用 表面增強(qiáng)拉曼光譜對(duì)多環(huán)芳烴類化合物進(jìn)行檢測(cè)，它公開了對(duì)多種杯芳烴修飾的金屬基底 的增強(qiáng)效果的比較，并應(yīng)用該基底對(duì)兩種多環(huán)芳烴進(jìn)行了痕量檢測(cè)。但具有修飾物與金屬 基底結(jié)合能力弱及杯芳烴內(nèi)腔尺寸不斷變化不利于對(duì)多環(huán)芳烴類化合物的特異性檢測(cè)等 缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在環(huán)糊精修飾了的金屬基底上利用表面增強(qiáng)拉曼光譜 直接對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)的方法，從而提高了多環(huán)芳烴類化合物 檢測(cè)的靈敏度，克服了傳統(tǒng)多環(huán)芳烴類化合物檢測(cè)前處理復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)等局限性。本發(fā)明利用巰基取代的環(huán)糊精修飾的金納米粒子作為SERS基底，不僅具有金納 米粒子優(yōu)異的SERS效應(yīng)，而且具備了環(huán)糊精內(nèi)腔的疏水效應(yīng)，使多環(huán)芳烴進(jìn)入到環(huán)糊精內(nèi) 腔中從而有效地拉近了多環(huán)芳烴與金納米粒子的距離，可實(shí)現(xiàn)利用此SERS基底對(duì)多環(huán)類 芳烴及其取代物的快速定性以及痕量檢測(cè)。一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)的方 法，其步驟如下(1)將待定性和痕量檢測(cè)的多環(huán)類芳烴及其取代物溶于有機(jī)溶劑，制成多環(huán)類芳 烴及其取代物的待測(cè)溶液；
(2)將金溶膠的蒸餾水溶液與巰基取代環(huán)糊精的蒸餾水溶液混合；(3)將步驟⑴配制的待測(cè)溶液和步驟(2)的溶液等體積混合，然后將混合溶液進(jìn) 行離心處理，最后再用蒸餾水稀釋至原混合溶液體積；(4)將步驟(3)的溶液取10微升滴于經(jīng)過清潔干燥處理過的玻璃片上，在室溫條 件下干燥，然后進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)，從而得到待測(cè)的多環(huán)類芳烴及其取代物的表面增 強(qiáng)拉曼圖譜，通過與多環(huán)類芳烴及其取代物的標(biāo)準(zhǔn)表面增強(qiáng)拉曼圖譜比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待 測(cè)的多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)。上述檢測(cè)方法中所述的步驟⑴中，多環(huán)類芳烴及其取代物的種類包括2 7個(gè) 苯環(huán)的多環(huán)芳烴，如萘、蒽、菲、宓、屈、苯并菲等；其烷基取代物包括3-甲基屈、9，10- 二甲 基蒽、9，10- 二甲基-1，2-苯并蒽等以及二噁英(二惡英)(二惡英實(shí)際上是二惡英類一個(gè) 簡(jiǎn)稱，它指的并不是一種單一物質(zhì)，而是結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都很相似的包含眾多同類物或異構(gòu)體 的兩大類有機(jī)化合物)；有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、氯仿等；多環(huán)類芳烴及其取代物待測(cè)溶 液的濃度為1 X 10_3 1 X lO-W/L ；上述檢測(cè)方法中所述的步驟(2)中，金溶膠的制備過程如下將HAuCl4先配制 成質(zhì)量濃度為0. 01%的蒸餾水溶液，然后取IOOmL溶液加熱至沸，攪動(dòng)下再加入0. 25
1.5mL質(zhì)量濃度為1 %的檸檬酸三鈉的蒸餾水溶液，繼續(xù)加熱煮沸15 30min，冷卻至 室溫后再加入蒸餾水恢復(fù)體積至IOOmL,得到金溶膠的粒徑為20 80nm，摩爾濃度為
2.50 X 10_1(lmOl/L 4.01 X 10_12mol/L。然后將金溶膠與巰基取代環(huán)糊精的蒸餾水溶液等體 積混合，其中巰基取代的環(huán)糊精的蒸餾水溶液(6位全巰基-β-環(huán)糊精)的合成方法如下 先將 Ph3P (40. lg，153mmol)溶解于 DMF (120mL)中，I2 (40. 5g, 160mmol)溶解于 DMF(40mL)； 在攪拌條件下將I2溶液緩慢的滴加到Ph3P溶液中，滴加過程中放熱；滴加結(jié)束后向此棕黑 色溶液中加入β -⑶(11. 6g，10. 2mmol)，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下升溫至70°C，并在此溫度下攪拌反 應(yīng)18個(gè)小時(shí)，減壓蒸出白色粉末(6位全碘代-β-環(huán)糊精)；然后將6位全碘代-β-環(huán)糊 精溶解于DMF(IOmL)中，加入硫脲(0. 30Ig)攪拌溶解，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將溫度升至70°C，反應(yīng) 19小時(shí)，減壓蒸出DMF，得黃色殘?jiān)?；用蒸餾水(50mL)將其溶解，并加入氫氧化鈉超聲溶解， 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流1小時(shí)；溶液冷卻，用KHSO4溶液將反應(yīng)溶液酸化，得到白色沉淀，抽濾， 得到6位全巰基-β -環(huán)糊精固體，再配成摩爾濃度為1 X 10_6 9 X 10_6mol/L的蒸餾水溶 液。上述檢測(cè)方法中所述的步驟(3)中，混合時(shí)間為6 12小時(shí)，然后進(jìn)行離心處理， 離心機(jī)的離心速度為1000 15000轉(zhuǎn)/秒；上述檢測(cè)方法中所述的步驟(4)中，檢測(cè)采用的是RS-2100型拉曼光譜儀，激發(fā)光 源的波長(zhǎng)范圍為400 lOOOnm。


圖1 實(shí)施例1所述的不同濃度的宓的表面增強(qiáng)拉曼譜圖；其中a-e分別表示濃度 為 1 X 10-4、 1 X l0-5mol/L、1 X l0-6mol/L、1 X l0-7mol/L、1 X l0-8mol/L 的宓的表面增強(qiáng)拉曼譜 圖；圖2 實(shí)施例2所述的四種濃度都為10_5mOl/L的混合多環(huán)類芳烴的表面增強(qiáng)拉曼 譜圖；其中a代表四種混合物的表面增強(qiáng)拉曼譜圖，b-e分別代表蒽、宓、屈、苯并菲標(biāo)準(zhǔn)品固體的表面增強(qiáng)拉曼譜圖；圖3 實(shí)施例3所述的宓、屈和苯并菲濃度都為lX10_5mOl/L、蒽的濃度變化的 混合物的表面增強(qiáng)拉曼譜圖；其中a_d代表蒽的濃度分別為5X10_4mOl/L、lX10_4mOl/L、 5 X 10_5mol/L 和 1 X 10_5mol/L。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 多環(huán)類芳烴中痕量宓的SERS檢測(cè)(1)將待測(cè)痕量的宓溶于乙醇中，制成不同濃度的宓的待測(cè)溶液(濃度分別為 1 X 10人 1 X l(T5mol/L、1 X l(T6mol/L、1 X l(T7mol/L、1 X l(T8mol/L)；(2)金溶膠的制備是將HAuCl4先配制成0.01%蒸餾水溶液，取IOOmL溶液加熱 至沸，攪動(dòng)下準(zhǔn)確加入ImL的質(zhì)量濃度為的檸檬酸三鈉的蒸餾水溶液，繼續(xù)加熱煮沸 15min，冷卻至室溫后用蒸餾水恢復(fù)體積至100mL。然后將ImL的金溶膠和ImL (10_6mol/L) 的巰基取代的環(huán)糊精的蒸餾水溶液混合過夜，金溶膠的粒徑為50nm ；(3)將步驟(1)配制的待測(cè)溶液和步驟(2)的溶液各取50uL混合10小時(shí)，然后離 心處理，離心速度為12000轉(zhuǎn)/秒，離心10分鐘，然后用蒸餾水稀釋至IOOuL (4)將步驟(3)的溶液取10微升滴于經(jīng)過清潔干燥處理的玻璃片上，在室溫條 件下干燥；然后進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)，拉曼光譜儀可以用通用的、商品化的激光拉曼光譜 儀，如RS-2100型拉曼光譜儀，它采用的激發(fā)光波長(zhǎng)為488nm，照射在樣品表面的激光功率 為lmW，積分時(shí)間為10秒。(5)從而得到不同濃度的宓的SERS特征光譜(圖1)，增強(qiáng)金基底通過在表面修飾 了巰基取代的環(huán)糊精，與宓相互作用，在較低濃度下就可以得到宓的拉曼信號(hào)，操作過程簡(jiǎn) 單，而且譜圖的重復(fù)性較好，證明本發(fā)明在單純多環(huán)芳烴的痕量檢測(cè)方面的優(yōu)越性。實(shí)施例2 多種多環(huán)芳烴混合物的SERS定性鑒別如同實(shí)例1的各步驟操作，不同的是步驟(1)中是四種多環(huán)芳烴的混合物，分別是 蒽、宓、屈和苯并菲，每種的濃度都為lX10_5mol/L。得到的四種多環(huán)芳烴混合物的SERS光 譜(圖2)，該混合物的SERS譜圖包含了每種多環(huán)芳烴的SERS特征峰。該譜圖反映了蒽、 宓、屈和苯并菲四種混合物的特征拉曼振動(dòng)，證明本發(fā)明能夠定性鑒別多環(huán)芳烴。實(shí)施例3 多種多環(huán)芳烴混合物的SERS痕量檢測(cè)如同實(shí)例1的各步驟操作，不同的是步驟⑴中是蒽、宓、屈和苯并菲的混合物，其 中蒽的濃度變化，宓、屈和苯并菲的濃度保持不變(均為lX10_5mOl/L)，分別測(cè)定四種多環(huán) 芳烴混合物的SERS光譜(圖3)。隨著蒽的濃度在混合物中的變化，蒽的三個(gè)特征拉曼峰的 強(qiáng)度也隨之變化。由拉曼峰強(qiáng)隨蒽濃度的變化可以對(duì)混合物中蒽的含量進(jìn)行痕量檢測(cè)，所 以本發(fā)明也可用于多種多環(huán)芳烴的痕量SERS檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)的方法， 其步驟如下(1)將待進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)的多環(huán)類芳烴及其取代物溶于有機(jī)溶劑，制成多環(huán)類芳 烴及其取代物的待測(cè)溶液；(2)將金溶膠的蒸餾水溶液與巰基取代環(huán)糊精的蒸餾水溶液混合；(3)將步驟(1)配制的待測(cè)溶液和步驟(2)的溶液等體積混合，然后將混合溶液進(jìn)行離 心處理，最后再用蒸餾水稀釋至原混合溶液體積；(4)將步驟(3)的溶液取10微升滴于經(jīng)過清潔干燥處理過的玻璃片上，在室溫條件下 干燥，然后進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼檢測(cè)，從而得到待測(cè)的多環(huán)類芳烴及其取代物的表面增強(qiáng)拉 曼圖譜，通過與多環(huán)類芳烴及其取代物的標(biāo)準(zhǔn)表面增強(qiáng)拉曼圖譜比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)的 多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定性和痕量檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于步驟(1)中，多環(huán)類芳烴為包括2 7個(gè)苯環(huán)的多環(huán)芳 烴。
3.如權(quán)利要求2所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于多環(huán)類芳烴為萘、蒽、菲、宓、屈或苯并菲。
4.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于多環(huán)類芳烴取代物為3-甲基屈、9，10_ 二甲基蒽、9， 10- 二甲基-1，2-苯并蒽或二噁英。
5.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇或氯仿。
6.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于多環(huán)類芳烴及其取代物待測(cè)溶液的濃度為1X10—3 IXicr8摩爾/升。
7.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于步驟(3)中混合時(shí)間為6 12小時(shí)，然后進(jìn)行離心處 理，離心機(jī)的離心速度為1000 15000轉(zhuǎn)/秒。
8.如權(quán)利要求1所述的一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)對(duì)多環(huán)類芳烴及其取代物進(jìn)行定 性和痕量檢測(cè)的方法，其特征在于步驟(4)中，檢測(cè)采用的是RS-2100型拉曼光譜儀，激發(fā) 光源的波長(zhǎng)范圍為400 lOOOnm。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機(jī)污染物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用表面增強(qiáng)拉曼技術(shù)快速定性和痕量檢測(cè)多環(huán)類芳烴及其取代物的方法。包括將多環(huán)類芳烴及其取代物溶于有機(jī)溶劑；將金溶膠和巰基取代的環(huán)糊精混合制成表面增強(qiáng)基底溶液；將多環(huán)類芳烴及其取代物溶液與表面增強(qiáng)基底溶液等體積混合，進(jìn)行離心處理，然后用水稀釋至原體積；取待測(cè)溶液滴于玻璃片上，室溫條件下干燥后進(jìn)行拉曼檢測(cè)，得到待測(cè)多環(huán)類芳烴及其取代物的拉曼圖譜，即可實(shí)現(xiàn)快速定性和痕量檢測(cè)多環(huán)類芳烴及其取代物。該檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單，快速，靈敏度高的特點(diǎn)，在多環(huán)類芳烴及其取代物的檢測(cè)方面具有巨大的應(yīng)用潛力，可為多環(huán)類芳烴及其取代物提供新的檢測(cè)手段。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102004096SQ20101029440
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者宋薇, 徐蔚青, 王旭, 謝云飛, 趙冰, 阮偉東 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)