一種基于拉曼特征峰峰位變化對汞離子進行定量檢測的方法
【專利說明】一種基于拉曼特征峰峰位變化對未離子進行定量檢測的方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于汞離子定量檢測技術領域，具體涉及一種基于拉曼特征峰峰位變化對汞離子進行定量檢測的方法。
【背景技術】
[0002]據(jù)統(tǒng)計，目前大氣、土壤、水和食品中汞的含量逐年增多。作為全球性環(huán)境和食品污染物，汞對人類具有極大的危害，它具有致畸、致癌作用，是蓄積性毒物，人體無法通過自身的代謝排泄食物鏈中的汞。汞金屬離子屬于永久型污染物，不能通過物理、化學以及生物等手段降解，其人為釋放及其對生態(tài)系統(tǒng)功能和人類健康的影響受到國際社會的普遍關注。因此對汞等一系列重金屬的迀移和轉化等監(jiān)測就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的汞金屬離子的檢測方法包括分光光度法、原子吸收法、電感耦合等離子體質譜法、冷原子熒光光譜法、氣相色譜法和電化學方法等，他們具有測定準確、干擾少、測定范圍廣，并且適用于環(huán)境中的定量分析等優(yōu)勢，然而這些方法在檢測樣品之前都需要復雜多步的樣品處理，常常會造成對樣品的破壞，同時造成分析成本造價高。因此，發(fā)展簡便快捷、穩(wěn)定性好、靈敏度高的檢測方法迫在眉睫。
[0003]表面增強拉曼散射(SERS)技術可以在分子水平上給出有關物質結構的信息，由于振動光譜得到的是力常數(shù)的信息，因而可以直接獲得分子內、分子間鍵的信息，而且得到的信息量豐富的指紋圖譜。特別適用于金屬汞離子的有機和無機等不同存在形式的檢測。SERS技術具有高的檢測靈敏度，有利于達到超靈敏的檢測水平；選擇性好，表面選擇定則和共振增強的選擇性使得SERS可以在及其復雜的體系中只增強目標分子或基團；微區(qū)與原位檢測，使用的光源可以從紅外到紫外區(qū)，說明待檢測樣品的大小也可以小到微米至納米級。這些特點有利于對金屬離子的快速分析與檢測；無損檢測，非常弱的入射光就可以得到滿意的光譜信息，入射光又可處于可見區(qū)，無論對各種材料還是對活體都是非破壞性的，也可以減少對樣品的前處理造成對樣品的損傷。不需要超高真空條件，以非破壞性的光子為探針，即使和另外一種分子光譜紅外技術相比，拉曼光譜也有自己獨特的優(yōu)點，特別是對于水溶液體系的研宄?；赟ERS技術的金屬汞離子芯片的開發(fā)將利用SERS技術的傳統(tǒng)優(yōu)勢，得到分子的指紋信息，指紋信息的變化直接證明的金屬汞離子的含量，這些指紋信息對于間接定量體系中汞離子含量發(fā)揮著重要作用。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明設計了一種能和汞離子特異性結合的二甲基二硫代氨基甲酸鈉修飾的SERS活性芯片用于汞離子定量檢測，可以實現(xiàn)對汞離子專一性的快速吸附分離。根據(jù)二甲基二硫代氨基甲酸鈉與汞離子結合后SERS的指紋信息變化的特點，對汞離子進行定量分析。該發(fā)明利用了 SERS技術自身的優(yōu)勢(快速、靈敏、不受體系中水的影響)，在保持汞離子檢測的高靈敏度的同時，也可以克服傳統(tǒng)汞離子檢測方法上存在的操作步驟復雜、樣品前處理復雜以及對樣品破壞而造成檢測效率低等局限性問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種基于拉曼特征峰峰位變化對汞離子進行定量檢測的方法，包括以下步驟:
[0006](a)制備銀納米膠體粒子
[0007]按照Lee和Meisel的方法，在85?95°C條件下，向200mL、l(T3M的硝酸銀的水溶液中加入4mL、l% (w/v)的梓檬酸鈉水溶液，反應30?40min，得到銀納米膠體粒子溶液，其中銀納米膠體粒子的尺寸在50?100納米左右(P.C.Lee and D.Meisel, J.Phys.Chem.1982，86，3391 - 3395)；
[0008](b)制備SERS活性基底
[0009]將玻璃片經(jīng)水、乙醇、氯仿、丙酮、氯仿、乙醇和水分別超聲清洗5?10分鐘后浸在30% (w/v)H20#P98% (w/v)H2S04#積比為3:7的混合溶液中煮沸，直到氣泡消失為止，玻璃片經(jīng)冷卻后多次用去離子水沖洗，氮氣吹干，得到羥基化的玻璃片；然后將羥基化的玻璃片浸在0.5?1% (w/v)聚二烯基丙二甲基氯化銨的水溶液中30?60分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干，再將其浸入到銀納米膠體粒子溶液中4?8個小時，取出用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干，得到SERS活性基底；
[0010](C)汞離子SERS檢測芯片的制備
[0011]將經(jīng)過步驟(b)處理的SERS活性基底浸泡在10_2M的二甲基二硫代氨基甲酸鈉水溶液中I?2小時，取出用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干，得到汞離子SERS檢測芯片。
[0012](d)金屬汞離子吸附
[0013]配置不同濃度的汞離子標準溶液，濃度范圍為10_3?10 -10M ;將經(jīng)過步驟(C)處理的汞離子SERS檢測芯片分別浸泡在上述標準溶液中30?60分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干；
[0014](e) SERS 檢測
[0015]將吸附有不同濃度的汞金屬離子的汞離子SERS檢測芯片進行SERS測試，得到SERS指紋圖譜；SERS光譜測試儀器為法國JobinYvon公司生產的LabRam Aramis型拉曼光譜儀，配備633納米激發(fā)波長；
[0016](f)繪制標準曲線
[0017]繪制SERS指紋圖譜中特征峰(1390.27?1374.95cm_1)的峰位與汞離子濃度(1(Γ3?I(T10M)的標準曲線；
[0018](g)樣品測試
[0019]將經(jīng)過步驟(c)處理的汞離子SERS檢測芯片浸在待測樣品(采自于江河湖海)中30?60分鐘，取出用去離子水沖洗干凈，氮氣吹干；然后進行SERS測試，將得到的SERS指紋圖譜中特征峰的峰位數(shù)據(jù)代入步驟(f)得到的標準曲線，從而得到待測樣品的汞離子濃度，進而完成對汞離子濃度的定量檢測。
[0020]本發(fā)明優(yōu)點在于:靈敏度高，不需要樣品前處理，其SERS指紋信息可以幫助實現(xiàn)對汞離子的選擇性檢測，該發(fā)明在汞離子的檢測中具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1:實施例1和2中所述的SERS活性基底表面銀納米粒子自組裝膜的掃描電鏡照片；
[0022]圖2:實施例1中所述的汞離子檢測專一性的驗證實驗曲線。對10_6M汞離子和鉛離子(Pb2+) 10_4M、10_6M汞離子和銅離子(Cu2+) 10_4M、10_6M汞離子和鐵離子(Fe2+) 10_4M、10 6M未尚子和梓尚子(Zn2+) 10 4M、10 6M未尚子和猛尚子(Mn2+) 10 4M、10 6M未尚子和錦尚子(Cd2+) 1-4M混合離子檢測得到的SERS光譜圖。
[0023]圖3:實施例2中所述的汞離子SERS檢測芯片對不同濃度的汞離子進行檢測得到的拉曼峰峰位隨汞離子濃度變化的指紋譜圖(插圖為局部區(qū)域放大圖)；
[0024]圖4:實施例2中所述的拉曼峰位(1390.27?1374.95cm_1)隨汞離子濃度(10_3?1-10M)變化的標準曲線，利用此曲線可以實現(xiàn)對汞離子的定量分析，進而實現(xiàn)對未知水體系中未尚子含量的測試。
[0025]本發(fā)明獲得的SERS活性基底表面銀納米粒子自組裝膜的掃描電鏡照片如圖1所示，可以看出制備的銀納米粒子的尺寸在50?100納米左右。
[0026]本發(fā)明獲得的SERS指紋圖譜可由圖3表述，由SERS光譜圖可以看出，隨著汞離子濃度的增加，其SERS強度減弱，并且位于1374.47CHT1位置的二甲基二硫代氨基甲酸鈉分子SERS峰位逐漸位移到1390.27CHT1位置，因此可以作為汞離子定量分析的手段。
[0027]本發(fā)明中一種基于拉曼峰位變化的汞離子定量檢測方法采用的汞離子標準溶液濃度為10_3?ΙΟ,Μ，所得到的拉曼特征峰峰位從1390.27到1374.95CHT1，根據(jù)濃度與峰位變化關系制作標準曲線(圖4)可應用于未知樣品中汞離子濃度的定量分析。
【具體實施方式】
[0028]實施例1:一種基于拉曼特征峰峰位變化的金屬離子定量檢測方法用于汞離子檢測專一性的驗證，本實施例不需要繪制標準曲線。
[0029](I)制備銀納米膠體粒子。按照Lee和Meisel的方法制作，在加熱的條件下(90°C )，向200mL、10_3M的硝酸銀水溶液中加入4mL、I % (w/v)的檸檬酸鈉水溶液，反應40min，得到的銀納米膠體