高粘柔性SERS基底的制备及其在果蔬农药残留检测中的应用

摘要

传统对食品中有害物质的检测方法通常都存在设备技术昂贵、检测耗时长、不能现场快速检测等缺点。表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)技术是一种高灵敏的分析工具，能够提供结构特征性强的分子水平信息。随着纳米技术、激光光源以及计算机技术的发展，SERS已经被广泛的应用于食品安全、生物医疗、环境检测、公共安全等研究领域。目前，开发一种可用于现场样品高效提取并快速原位检测的SERS分析方法是表面增强拉曼光谱领域研究的热点。由于检测样品表面的复杂性，传统的刚性SERS基底无法对其表面检测物进行充分的提取。近年来，柔性的SERS基底的可弯曲性和能与不规则待测物表面充分接触等特点受到了广大研究者的关注。目前柔性SERS基底都是以纤维滤纸、胶带、石墨烯等柔性材料作为衬底，但是拉曼信号的增强效果以及基底的稳定性都不理想。因此提高柔性SERS基底的稳定性、重复性以及实现对农药残留的快速原位分析成为我们研究的重点。主要研究结果如下: 1、将制备好的银纳米溶胶直接滴在一种高透明的荧光定量PCR膜(HTFQ-PCR-M)内侧，得到了一种具有均匀性、柔性、粘性以及耐热性的SERS基底。与普通的胶带SERS基底相比较，这种高粘柔性SERS基底克服了胶带易老化和加热易脱胶导致基底掉落的缺点。基于HTFQ-PCR-M制备的SERS基底具有灵敏度高、重现性好、稳定性和热稳定性好等优点。将该SERS基底粘贴在果皮表面进行分析物的提取，并成功地对该果皮表面的福美双农药残留进行了原位检测。另外还通过简单的“粘贴-剥离”法对经薄层板分离后的亚甲基蓝和罗丹明B进行了原位检测。此外，还对该基底的耐热性进行了探究，该高粘柔性SERS基底在90℃下仍能保持较好的SERS活性。因此，基于HTFQ-PCR-M制备的SERS基底可以通过简单的“粘贴-剥离”法对样品中的痕量物质进行现场快速检测，该种检测方法在食品安全、环境检测、公共安全等领域具有潜在的应用前景。 2、基于原有工作一的基础上，用所制备的高粘、柔性的SERS基底直接对啶虫脒分子进行检测。因该高粘柔性SERS基底具有较好的灵敏度、稳定性、重现性等特点，可以快速高效的提取目标物，使目标物进入到纳米粒子表面，故可直接用SERS方法进行检测。由于啶虫脒分子存在氰基团，会在拉曼静默区产生振动吸收峰，以2145cm-1处峰值定量对其检测的最低浓度可以达到10-9mol·L-1。此处特征峰比较具有特殊性，不受其他杂质峰的干扰，以此特征峰来对啶虫脒进行检测具有一定的可靠性。此外还研究了啶虫脒在不同浓度下的的聚集状态，并证明了其在拉曼静默区发生的微小拉曼位移是由于高浓度下分子间形成聚集体导致的。由于啶虫脒分子与金属纳米粒子之间弱的相互作用，使得此过程检测灵敏度较低，不适合实际样品的分析检测。因此，有必要进一步的提高该检测方法的灵敏度。 3、由于啶虫脒与银纳米粒子之间的弱相互作用，为提高对啶虫脒的检测灵敏度，在体系中引入啶虫脒适配体，适配体与啶虫脒结合后构像发生改变，通过直接检测适配体中的腺嘌呤碱基的SERS信号变化，间接检测啶虫脒。基于该适配体化的高粘柔性SERS基底对啶虫脒分子具有较好的特异性响应，对啶虫脒的最低检测限可达到10-9mol·L-1，并且在10-5mol·L-1到10-9mol·L-1浓度之间具有较好线性关系，R2=0.921。对实际样品加标检测的回收率在87.1％-110.4％之间，RSD在11％以下，具有较好的精密度。故此方法对于适配体与SERS技术联用在农药检测应用中具有重要意义。

目录

摘要

第1章绪论

1．1拉曼光谱

1．1．1拉曼光谱简介

1．1．2拉曼光谱特点

1．2表面增强拉曼散射光谱(SERS)

1．2．1表面增强拉曼散射光谱简介

1．2．2表面增强拉曼散射光谱的增强机理

1．3表面增强拉曼散射光谱的特性

1．4 SERS活性基底的构建

1．4．1粗糙金属电极

1．4．2金属溶胶SERS基底

1．5柔性SERS基底

1．5．1基于柔性器材的SERS基底

1．5．2基于柔性聚合物的SERS基底

1．5．3基于柔性碳材料的SERS基底

1．6 SERS在食品安全以及其他领域的应用

1．6．1食品安全领域

1．6．3环境研究领域

1．6．3公共安全领域

1．7本论文的研究思路

1．7．1高粘柔性SERS基底的制备及其性能和应用研究

1．7．2基于高粘柔性SERS基底对啶虫脒分子的直接检测

1．7．3适配体化高粘柔性SERS基底对啶虫脒的特异性检测

第2章高粘柔性SERS基底制备及其性能和应用研究

2．1引言

2．2实验方法

2．2．1试剂

2．2．2实验仪器

2．2．3高粘柔性SERS基底的制备

2．2．4基于该高粘柔性SERS基底对分析物的检测

2．3结果与讨论

2．3．1高粘柔性SERS基底的制备及表征

2．3．2高粘柔性SERS基底的优化研究

2．3．3高粘柔性SERS基底的性能研究

2．3．4高粘柔性SERS基底对实际样品的检测

2．4本章小结

第3章基于高粘柔性SERS基底对啶虫脒分子的直接检测

3．1引言

3．2实验方法

3．2．1试剂与材料

3．2．2仪器

3．2．3高粘柔性SERS基底的制备

3．2．4基于该高粘柔性SERS基底对啶虫脒纯品的检测

3．3结果与讨论

3．3．1高粘柔性SERS基底对啶虫脒直接检测的机理研究

3．3．2啶虫脒的SERS研究

3．3．3啶虫脒的聚集状态研究

3．3．4基于高粘柔性SERS基底对啶虫脒的量检测研究

3．4本章小结

第4章适配体化高粘柔性SERS基底对啶虫脒的特异性检测

4．1引言

4．2实验方法

4．2．1试剂与材料

4．2．4不同浓度适配体与啶虫脒特异性结合实验

4．2．5实际样品的前处理

4．3结果与讨论

4．3．1适配体化高粘柔性SERS基底对啶虫脒特异性检测的机理研究

4．3．2适配体与啶虫脒相互作用的紫外可见分析

4．3．3适配体化高粘柔性SERS基底对啶虫脒的SERS研究

4．3．4特异性研究

4．3．5实际样品与回收率的研究

4．4本章小结

5．1结论

5．2进一步工作计划

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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