聚乙烯亚胺包裹的纳米银表面增强拉曼光谱基底的制备及应用

摘要

表面增强拉曼（SERS）光谱技术具有灵敏度高、操作简单、分析快速等特点，已被广泛应用于环境污染物、生物分子，如癌症标志物检测中。SERS基底的制备是SERS光谱技术的关键，构建稳定、高效的基底是该技术实际应用的前提。本文制备了具有抗氧化性能强的聚乙烯亚胺包裹的纳米银粒子（Ag@PEI NPs），将其通过组装得到了负载于滤纸表面的新型基底（Ag@PEI-FP-3），并尝试应用于食品中阴离子染料的检测。
　　本文选取聚乙烯亚胺（PEI）作为还原剂和保护剂，将水热装置改进为顶空瓶作为反应容器，在搅拌的条件下采用一步法制备出形貌、大小分布均一的聚乙烯亚胺包覆的纳米银（Ag@PEI NPs）。同时具有较强抗氧化性的。本制备方法利用纳米银与聚乙烯亚胺中的氮原子之间存在强相互作用，使得带有大量正电荷的聚乙烯亚胺能紧密包覆于纳米银表面，一方面可增长纳米银表面Zeta电位（高达+44.3mV），使之更宜于阴离子有机物或无机阴离子的检测；另一方面由于PEI中大量的供电子基团N为纳米银提供电子，可有效防地止纳米银的氧化，在空气中存放3个月仍可保持增强活性。
　　为了进一步提高Ag@PEI NPs在分析检测中的灵敏度和适用性能，本文利用静电相互作用，通过原位生长法和吸附组装法两种方法将带正电荷的Ag@PEI NPs与表面带负电的纤维基材进行组合或组装。比较了原位生长法制备得到Ag@PEI-活性炭纤维（Ag@PEI-AC）、Ag@PEI-脱脂棉（Ag@PEI-CW）、Ag@PEI-棉布（Ag@PEI-CC）、Ag@PEI-滤纸（Ag@PEI–FP-1）SERS基底，以及吸附组装法制得Ag@PEI-FP-2基底、Ag@PEI-FP-3基底的SERS增强能力、信号均匀性和实际应用可操作性，发现Ag@PEI-FP-3基底为最佳。Ag@PEI-FP-3基底通过预先采用氢氧化钠处理滤纸后滤纸纤维蓬松且带有大量负电荷，有利于荷正电的Ag@PEI NPs大量进入滤纸纤维层之中，从而形成三维结构的SERS基底（即Ag@PEI-FP-3），进一步提高Ag@PEI NPs基底的检测灵敏度提高。
　　利用Ag@PEI-FP-3作为SERS基底建立了阴离子染料亮蓝和苋菜红的SERS分析方法，亮蓝在0.001~10ppm浓度范围内与其SERS信号强度线性相关，检出限低至0.5ppb。将该方法用于检测含有大量苋菜红的某饮料中亮蓝和苋菜红的含量，不需要任何预处理，测得亮蓝加标回收率在100.4％~124.4%；饮料中苋菜红在加标0~10ppm浓度范围内与其SERS信号强度呈线性关系，测得饮料中苋菜红的含量为7.62ppm。

目录

声明

1 绪论

1.1表面增强拉曼光谱概述

1.1.1拉曼光谱

1.1.2表面增强拉曼光谱

1.1.3表面增强拉曼光谱增强机理

1.2 贵金属纳米粒子的制备

1.2.1 自上而下法制备贵金属纳米粒子

1.2.2 自下而上法制备贵金属纳米粒子

1.3贵金属纳米粒子晶型控制

1.3.1晶种法

1.3.2一步法

1.4 纳米银稳定性

1.4.1 高分子包覆法

1.4.2核壳结构

1.4.3提供供电子基团

1.5 本文主要研究思想及内容

2 实验部分

2.1实验试剂及仪器

2.1.1 实验室试剂

2.1.2实验仪器

2.2聚乙烯亚胺包裹的银纳米粒子的制备

2.2.1预组装温度及时间影响

2.2.2 还原条件探究

2.2.3 Ag@PEI NPs稳定性考察

2.3 聚乙烯亚胺包裹的银纳米粒子的组装

2.3.1原位生长Ag@PEI NPs SERS基底

2.3.2 吸附组装Ag@PEI NPs SERS基底

2.3.3 SERS基底性能考察

2.4 样品的制备及分析检测

2.4.1 标准溶液的配制

2.4.2 样品溶液的制备

3 结果与讨论

3.1 聚乙烯亚胺包裹的银纳米粒子的制备

3.1.1预组装温度及时间影响

3.1.2还原条件探究

3.1.3 Ag@PEI NPs 的表征

3.1.4 Ag@PEI NPs重现性及稳定性考察

3.1.5 小结

3.2 聚乙烯亚胺包裹的银纳米粒子的组装及应用

3.2.1原位生长Ag@PEI NPs SERS基底

3.2.2 吸附组装Ag@PEI NPs组装

3.2.3 Ag@PEI-FP-3 SERS基底组装条件优化　

3.2.4 Ag@PEI-FP-3 SERS基底性能考察

3.2.5饮料中亮蓝、苋菜红的含量测定

3.2.6 小结

4 全文总结

致谢

参考文献