本发明利用三甲氧基硅烷功能化石英片,将功能化的石英片浸泡到金溶胶中,制得金溶胶膜,再将对多环芳烃有特殊选择吸附的25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃自组装到金溶胶膜表面对其进行改性,从而获得高灵敏度表面增强拉曼基底。控制金溶胶膜在杯芳烃乙醇溶液中的浸泡时间,获得杯芳烃不同程度改性的金溶胶基底,比较各基底的增强效果,得到最佳的适用于多环芳烃现场探测的表面增强拉曼基底。因杯芳烃具有疏水特性,可以保护金属纳米材料不受海水的腐蚀,因此该基底同样适用于海水中多环芳烃的探测。
1.一种适用于海水中多环芳烃检测的表面增强拉曼基底,其特征在于利用三甲氧基硅烷甲醇溶液功能化石英片,将功能化的石英片浸泡到金溶胶中,制得金溶胶膜,再使用25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃改性金溶胶膜,调节金溶胶膜在25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃甲醇溶液中的时间,以获得增强效果最佳的表面增强拉曼基底:步骤一,25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃的制备,其方法如下:300mg的4-叔-丁基杯[4]芳烃、300mg的碳酸钾及10mL的四氢呋喃混合,65°C加热12小时,制得溶液室温放置备用;
2.45mL的二氯亚砜与1.9mL的巯基乙酸反应制得SHCH₂COCl;将102mg的SHCH₂COCl和10mL的4-叔-丁基杯[4]芳烃溶液混合反应获得25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃;步骤二,制备金溶胶膜:将3.3mmol的氯金酸溶液20mL加热至沸腾,在搅拌的同时缓慢加入18mL浓度为7.4mmol/L的柠檬酸钠溶液,继续沸腾50分钟后,室温下自然冷却备用;制得的金溶胶颗粒大小为30-40nm,将石英片放到65°C的Piranha溶液中20min,取出用甲醇清洗几次;然后分别置入5%APTMS甲醇溶液中,用63.7°C加热内有石英片的甲醇溶液3小时,三小时后将石英片从APTMS的甲醇溶液中取出,用甲醇清洗多次以去掉物理吸附的APTMS,将烷基化的石英片置于金溶胶中2小时,取出用蒸馏水清洗备用;所述的Piranha溶液中H₂SO₄与H₂O₂的比例是7∶3;步骤三,利用25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃改性金溶胶膜:将金溶胶膜浸泡在25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃乙醇溶液中20min,获得最佳增强效果表面增强拉曼基底。
2.根据权利要求1所述的一种适用于海水中多环芳烃检测的表面增强拉曼基底,其特征是金溶胶膜的等离子共振峰在650nm。
3.根据权利要求1所述的一种适用于海水中多环芳烃检测的表面增强拉曼基底,其特征是所述的利用该方法制备的表面增强拉曼基底应用于海水中多环芳烃的定量检测;使用671nm的激发光时,能探测到
0.5nmol/L(500pmol/L)的芘和蒽的拉曼信号。技术领域:本发明涉及一种应用表面增强拉曼光谱技术探测海水中多环芳烃的高灵敏度基底的制作方法。背景技术:PAHs是一类广泛存在于环境中的持久性有机污染物,主要来源于城市生活排污、工业废水排放、石油污染和有机质自燃等,具有高毒、持久、长距离迁移和高生物蓄积性等特点,是人们最早认识到的具有致癌性、致突变性的有机化合物,许多国家均将16种多环芳烃确定为环境荷尔蒙污染物和需优先处理的致癌污染物。因此,建立一套快速、实时、简便、实用和易于推广的多环芳烃分析识别技术,对中国这样一个环境压力日趋严重的世界上最大的发展中国家具有重要的实用价值。对应于海洋有机污染物的探测,国际海事组织(IMO)推荐的主要标准的化学分析仪器有荧光光谱仪、气相色谱仪、红外光谱仪和色/质联用仪等,气相色谱、红外光谱和色/质联用这些方法分析仪器昂贵,操作繁琐,无法实现海上实时原位监测。荧光光谱技术具有灵敏度高、选择性好、试样量少、分析结果快速,不受时间变化的影响等优点,但对于复杂组分的污染物,其荧光光谱存在严重重叠,处理数据费时费力,准确率低,一直以来不能作为独立的鉴别手段,因此该方法实际应用时还需整合其他分析手段一起分析。表面增强拉曼光谱(Surface-enhancedxa0Ramanxa0Spectroscopy,SERS)是一种具有巨大应用潜力的检测分析技术。该技术具备了拉曼光谱的所有优点,如无需样品预处理,可以分析液体样品,检测迅速等,同时也克服了拉曼光谱灵敏度低的缺陷,具有单分子检测的能力。已有文献报道,利用表面增强拉曼光谱探测吸附到金或银溶胶膜上的染料分子其增强因子可达10¹²-10¹⁵。在多环芳烃的实际探测中,表面增强纳米基底的制备是整个技术应用环节最关键的一环。一种性能优良的多环芳烃探测的SERS基底应具有很高的增强能力,且应可重复使用。本发明利用杯芳烃对自主装金溶胶膜进行改性,使得该SERS活性基底既可以避免海水中化学成分的损害,延长其使用寿命,也可以增强基底对多环芳烃的吸附,从而提高其探测灵敏度。发明内容:本发明利用三甲氧基硅烷功能化石英片,将功能化的石英片浸泡到金溶胶中,制得金溶胶膜,再使用杯芳烃对金溶胶膜进行改性而获得高灵敏度表面增强拉曼基底,改变金溶胶膜在杯芳烃乙醇溶液中的浸泡时间,获得杯芳烃不同程度改性的金溶胶膜,比较获得最佳增强效果的适用于现场海水中多环芳烃探测的表面增强拉曼基底,整个制备的过程如图1所示。25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃的制备:300mg的4-叔-丁基杯[4]芳烃、300mg的碳酸钾及10ml的四氢呋喃混合,65°C加热12小时,制得溶液室温放置备用;2.45ml的二氯亚砜与1.9ml的巯基乙酸反应制得SHCH₂COCl;将102mg的SHCH₂COCl和10ml的4-叔-丁基杯[4]芳烃溶液混合反应获得25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃。制备金溶胶膜:首先制备金溶胶,将3.3mM的氯金酸溶液20ml加热至沸腾,在搅拌的同时缓慢加入18ml浓度为7.4mM/L的柠檬酸钠溶液,继续沸腾50分钟后,室温下自然冷却备用。制得的金溶胶颗粒大小约为30-40nm。将石英片放到65°C的Piranha溶液中(H₂SO₄与H₂O₂的比例是7∶3)20min,取出用甲醇清洗几次。然后分别置入5%APTMS甲醇溶液中,用63.7°C加热内有石英片的甲醇溶液3小时,三小时后将石英片从APTMS的甲醇溶液中取出,用甲醇清洗多次以去掉物理吸附的APTMS,将烷基化的石英片置于金溶胶中2小时,取出蒸馏水清洗。测试其消光光谱得其等离子共振峰在650nm处。利用25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃改性金溶胶膜:将制备的金溶胶膜置于1mM的25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃乙醇溶液中10min、20min、40min和1h,以671nm激光作为激发光源,使用400nM的芘溶液作为探测物对不同改性时间的基底进行测试,其结果如图2所示,从图中可以看出浸泡时间为20min的基底增强效果最佳。因25,27-二巯基乙酸-26,28-二羟基-4-叔丁基杯芳烃具有疏水性,可以保护金属纳米材料不受海水的腐蚀,因此该基底同样适用于探测海水中的多环芳烃。该基底具有灵敏度高,可重复使用,且使用时间长等优点。
附图说明
图1为整个制备过程的示意图。图2为400nM的芘在588cm^-1处的拉曼峰归一化强度与不同改性时间的关系图。图3为本发明应用于不同浓度芘探测的SERS图:0.5nM(a),20nM(b),100nM(c),400nM(d)。图4为芘在588cm^-1,1235cm^-1和1401cm^-1拉曼峰处归一化强度与浓度之间的关系图。图5为本发明应用于不同浓度蒽探测的SERS图:0.5nM(a),20nM(b),80nM(c),8μM(d)。图6为蒽在750cm^-1和1001cm^-1拉曼峰处归一化强度与浓度之间的关系图。具体实施方式:使用甲醇配置40μM的芘溶液和8μM的蒽溶液作为标准溶液备用,用蒸馏水稀释标准溶液得到从0.5nM到400nM的待测芘溶液和0.5nM到80nM的待测蒽溶液。将SERS活性基底浸入待测溶液15分钟,拿出并利用671nm拉曼光学系统探测其SERS光谱,积分时间为15s,连续测10次,取平均。减去基线的不同浓度芘的光谱如图3所示。利用石英在490cm^-1的拉曼峰归一化光谱,得到的在409cm^-1,588cm^-1xa0and1232cm^-1拉曼峰处归一化强度与浓度之间的关系如图4所示。蒽不同浓度的光谱减去基线处理后如图5所示。同样利用石英在490cm^-1的拉曼峰归一化光谱,得到的在750cm^-1和1001cm^-1拉曼峰处归一化强度与浓度之间的关系如图6所示。