基于多孔银基底的固相微萃取与表面增强拉曼联用技术及其在快速分析检测中的应用

摘要

表面增强拉曼光谱(SurfaceEnhancedRamanSpectroscopy，SERS)是一种高灵敏分析技术，通过纳米结构的电磁和化学效应可以有效增强光谱强度，提供吸附分子的详细振动信息。SERS已经广泛的应用于环境监测、食品分析、材料科学、生物医学检验等领域中。SERS基底的制备技术是影响SERS技术实用化的关键科学问题，例如热点的构建，基底的稳定性、均匀性和耐候性等。随着纳米技术的发展，基底的制备方法也越来越多样化，如何获得兼具增强能力和均匀稳定性的基底依然是制约其应用的一个关键性问题。
　　固相微萃取(SolidPhaseMicroextraction，SPME)是一种高效、快速的样品前处理技术。其原理是依据分析物在固相微萃取涂层和样品基质之间的分配平衡，将分析物从样品基质中富集到固相萃取涂层上。固相微萃取已经广泛应用于环境分析、食品分析、生物分析等领域。近年来，固相微萃取与各种分析仪器的联用技术也在飞速发展，极大拓展了其应用范围。
　　本文发展了一种具有SERS活性的多孔银纳米结构同相微萃取基底，并通过Galvanization-Freec沉积反应在多孔银表面形成超薄金膜，提高基底的稳定性和均匀性。采用各种物理化学方法对基底进行表征，结果表明该多孔银基底兼具良好的SERS活性和SPME萃取性能。具体如下:
　　1利用电化学法原位合成多孔银纳米结构，采用X射线衍射(XRD)，扫描电子显微镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)和接触角测试对结构和性能进行了表征。多孔银基底是由纳米颗粒及其堆积孔构成，表面具有疏水性，兼具良好的SERS活性和吸附萃取性能。利用此基底，建立了针对有机锡化合物的SPME-SERS联用分析方法。根据SERS的分子指纹峰，实现对三甲基氯化锡，二丁基二氯化锡，三丁基氯化锡，三苯基氯化锡和四苯基氯化锡快速分析识别，检测限达到ppb水平。研究了萃取过程的吸附热力学和动力学过程，并采用主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)对有机锡的分子指纹峰进行统计学分类，最后通过ICP-MS对以上方法进行了验证，实现了有机锡化合物的现场快速分析检测。
　　2在此基础上，通过引入卤素离子提高Ag+电极电位，抑制Au3+/Ag之间的Galvanicreplacement反应，同时利用抗坏血酸作为还原剂和稳定剂在多孔银表面形成超薄的金沉积膜，采用AFM，XPS，SEM和元素Mapping进行了表征。然后以巯基苯胺作为探针，考察了porousAg@Au基底的热稳定性和均匀性，利用热红外成像仪研究了基底的实时导热情况。采用SPME-SERS联用方法对水产品中违禁药物呋喃西林及其代谢物（氨基脲）的进行了快速分析，检出限达到ppb水平。
　　3采用氨基/硝基苯硫酚作为探针修饰porousAg@AuSERS基底，根据SERS光谱研究不同表面氧化态的配体与蛋白质分子的相互作用。合成了金纳米颗粒作为模型，利用毛细管电泳分离纳米颗粒/蛋白质分子复合物，计算解离常数和协同常数。同时，采用分子对接方法对particles-proteins模型的空间结合点位及作用力进行了理论计算，从分子角度为颗粒的生物毒性和代谢过程研究提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 表面增强拉曼光谱

1．2 表面增强拉曼基底的进展

1．2．1 纳米颗粒溶胶

1．2．2 二维自组装纳米阵列基底

1．2．3 柔性纳米材料基底

1．3 表面增强拉曼的分析应用

1．3．1 食品安全分析

1．3．2 环境分析

1．3．3 生物医学分析

1．3．4 SERS与样品前处理联用技术

1．4 固相微萃取

1．4．1 多孔材料在SPME涂层中的应用

1．4．2 环境分析中的应用

1．4．3 生物分析中的应用

1．5 本论文选题意义

参考文献

第二章 基于多孔银基底的SPME-SERS联用技术快速识别有机锡化合物

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 化学试剂

2．2．2 多孔银基底的制备及表征

2．2．3 有机锡化合物的SPME-SERS联用分析

2．2．4 纺织品中有机锡化合物的分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 电化学制备多孔银纳米结构

2．3．2 多孔银纳米结构的表征

2．3．3 有机锡化合物的SERS响应

2．3．4 Porous Ag基底的表面形貌和疏水性

2．3．5 稳定性、均匀性和重复利用性

2．3．6 萃取条件优化

2．3．7 定量分析

2．4 本章小结

参考文献

第三章 Galvanization-Free制备超薄金膜包覆多孔银基底应用于违禁药物及其代谢物的SPME-SERS分析

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 化学试剂

3．2．2 Porous Ag@Au基底的制备及表征

3．2．3 Porous Ag@Au基底的SERS表征

3．2．4 呋喃西林和氨基脲的萃取检测

3．3 结果与讨论

3．3．1 Porous Ag@Au的表征

3．3．2 Porous Ag@Au的稳定性和均匀性

3．3．3 呋喃西林及氨基脲的SERS响应

3．3．4 SPME萃取条件优化

3．3．5 呋喃西林和氨基脲的定量分析

3．4 本章小结

参考文献

第四章 Porous Ag@Au基底应用于不同氧化态配体的纳米颗粒与蛋白分子相互作用的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 化学试剂

4．2．2 Porous Ag@Au基底的制备及修饰

4．2．3 血液蛋白质分子与porous Ag@Au基底的相互作用

4．2．4 AuNPs的合成及修饰

4．2．5 毛细管电泳分离AuNPs与蛋白质分子的复合物

4．2．6 分子对接计算

4．3 结果与讨论

4．3．1 ATP／NBT-porous Ag@Au的SERS光谱

4．3．2 蛋白质分子与ATP／NBT-porous Ag@Au的相互作用

4．3．3 ATP／NBT-AuNPs的分散性和稳定性

4．3．4 毛细管电泳分离复合物

4．3．5 配体与蛋白质分子的结合点位及作用力

4．4 本章小结

参考文献

第五章 全文总结

致谢

攻读学位期间发表的论文