基于表面增强拉曼光谱技术的海洋污染物多氯联苯吸附特性分析

摘要

海洋中多氯联苯污染监测受到广泛关注,采用表面增强拉曼光谱(SERS)和密度泛函理论(DFT)方法探究四种代表性的多氯联苯(PCB15,PCB28,PCB47和PCB77)的拉曼光谱差异以及在金纳米表面的吸附特性,并对比了物质吸附特性差异对各自SERS定量检测的影响规律。首先,计算了多氯联苯的拉曼光谱和振动模式贡献,并与实测结果进行对比归属拉曼峰位。然后,构建了PCBs-Au吸附体系并计算其结合能、吸附前后分子空间结构变化来预测分子在金基底上的吸附特性。最后,以金溶胶为SERS增强基底对四种物质进行了SERS探测,以此来体现吸附特性对定量分析的影响。结果显示,计算结果与实测光谱能够较好的吻合,PCBs分子的共性特征峰包括:桥键伸缩振动峰(1290 cm^(-1)附近),环呼吸振动峰(1000 cm^(-1)附近),环伸缩振动峰(1590 cm^(-1)附近)。Cl原子的取代位置差异会对拉曼振动产生明显的影响,最终导致C—Cl键和C—H键的振动峰复杂化。物质的吸附能力由高到低依次为PCB15(-6.46 kcal·mol^(-1))、PCB28(-3.01 kcal·mol^(-1))、PCB77(-1.95 kcal·mol^(-1))和PCB47(-0.31 kcal·mol^(-1)),取代氯数目增多和Cl原子邻位取代会降低结合能,减少分子在金基底上的吸附形态。桥键邻位取代数目增加导致位阻效应增大,阻碍分子吸附。吸附特性影响SERS定量,四种物质的SERS峰强与浓度呈良好的线性关系。水环境中吸附能力强的分子率先达到饱和状态,且拥有最低的检出浓度。以上结论为SERS技术检测识别海洋环境中多氯联苯和定量分析奠定了一定的理论基础。