表面增强拉曼散射选择定则的构象敏感性及定量分析研究

摘要

复杂体系中分析物检测由于检测体系自身含有较多的干扰成分，导致复杂体系中分析物的检测变得尤为困难，食品基质和生物体液都是含有复杂组分的混合体系，对于某一种成份的检测往往需要非常复杂的分离纯化步骤，但是复杂的样品前处理往往会导致目标物的损失，测量结果与实际样品含量存在偏差。因此复杂体系的检测充满挑战。食品安全和生物体液检测与人类自身健康息息相关，然而由于检测材料及检测策略的欠缺使得复杂体系中的安全检测充满挑战，因此则需要开发新的检测基底用于食品基质和生物体液分析物的检测。
　　本研究借助超疏水界面与SERS技术的优势，开发了一种可用于食品、体液等复杂体系中有害成分浓缩富集分析的超疏水SERS平台，并且通过亲水位点的特异修饰可以用于血清中多巴胺的分离浓缩富集以及拉曼分析检测。研究结果表明:
　　(1)通过共混聚合物光刻技术合成制备的超疏水SERS基底具有分布均匀的微观形貌。使用全氟辛基乙氧基硅烷对氧化铜组分的特异修饰，材料获得较为优异的疏水特性，其表面与液滴的接触角大于150°，材料表面的液滴弹跳实验和自清洁实验也证明材料不仅具有较为优异的超疏水性能，还具有较小的液体粘附力，这使得液滴在其表面蒸发时可以浓缩到0.237mm2的接触面积里。通过微观结构的SEM表征和激光共聚焦荧光成像，断定R6G的沉积位点为基底表面上可提供SERS增强效果的共振等离子银枝晶，这与设计的分析物的定向运输相吻合。其次通过向疏水基底滴加4μL10-6M的R6G溶液，拉曼强度增加6.2倍，材料具有较强的拉曼增强能力，可以获得比液体溶胶或者固体基底更高的拉曼增强，大幅度提高了分析检测的灵敏度。对于R6G的检测可以获得2×10-8M的检测灵敏度，并且结合相应的样品前处理，成功实现了鱼肉中孔雀石绿的检测，检测灵敏度达10-7M，同时还对食用油中苯并芘进行检测分析，表明该超疏水平台可用于痕量、微体积食品中外源物质的灵敏检测，具有检测的普适性。
　　(2)使用对巯基苯硼酸对亲水银枝晶位点进行修饰，借助巯基苯硼酸对邻羟基化合物的特异识别成功实现了PBS缓冲液中多巴胺的SERS传感，优化出pH在8.0条件下，检测事件产生最大的变化，检出限为2×10-11mol。通过拉曼光谱模拟和NPA分析发现理论模拟结果与实验中出现的光谱变化基本吻合，从理论层面上证明了检测的可行性，进一步的实验结果表明巯基苯硼酸对多巴胺具有特异的选择性可以实现在多种邻羟基化合物干扰中的检测（抗坏血酸，葡萄糖，蔗糖，果糖），并且已成功应用到人体血清中多巴胺的检测，证明材料具有较为优异的抗蛋白、抗盐离子干扰的能力。
　　(3)基于-O-SO2-基团对巯基物质的检测敏感性设计的探针，通过氢谱表征了其化学结构组成，并且利用高效液相表征了探针与还原性谷胱甘肽的相互作用，在高效液相数据中观察到明显异于探针和谷胱甘肽的出峰时间，成功实现了探针与还原性谷胱甘肽作用产物的检测，表明探针设计符合实验预期。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 拉曼光谱

1．1．2 表面增强拉曼光谱

1．2 拉曼增强原理

1．2．1 电磁场增强机理(EM)

1．2．2 化学增强机理(CE)

1．3 表面增强拉曼在食品检测中的应用

1．3．1 表面增强拉曼基底

1．3．2 拉曼光谱在食品的应用范围

1．4 自然界中的超疏水现象及应用

1．4．1 超疏水现象

1．4．2 自然界存在的超疏水现象

1．4．3 超疏水材料面临的机遇与挑战

1．5 超疏水结合SERS在检测中的应用

1．6 研究论点和解决方案的提出

第二章 SERS基底的制备和食品中非法添加分析

2．1 SERS的基底制备

2．1．1 试剂与仪器

2．1．2 主要表征仪器

2．1．3 共混聚合物薄膜的制备

2．2 材料表面形貌表征

2．3 材料表面超疏水性能表征

2．3．2 材料表面弹跳实验及表面自清洁

2．3．3 荧光和拉曼表征

2．4 鱼肉中孔雀石绿检测

2．4．1 含孔雀石绿鱼样品的制备

2．4．2 鱼肉中拉曼光谱分析

2．5 油中苯并芘的拉曼检测

2．5．1 苯并芘溶液以及加入苯并芘食用油的配制

2．5．2 拉曼光谱采集

2．6 本章小结

第三章 生物复杂体系中多巴胺检测与分析

3．1 设计原理

3．2．1 血清处理方法

3．2．2 检测溶液的配置

3．2．3 光谱采集和数据处理方法

3．3 结果讨论与分析

3．3．1 MPBA对多巴胺的特异识别

3．3．2 拉曼选择规定则区分多巴胺与其他碳水化合物

3．3．3 分子振动和电荷分布的理论模拟

3．3．4 血清中多巴胺SERS的定量分析

3．4 本章小结

第四章 特异性巯基物质检测探针的设计与合成

4．1 探针设计

4．2．1 探针设计

4．2．2 探针表征

4．3 探针对巯基物质的识别作用

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况