Au@Ag纳米长方体的制备及其用于食品污染物的SERS检测和定量分析

发布时间：2020-08-31 15:20

　　目的:近年来,食品非法添加剂邻苯二甲酸酯类塑化剂(PAEs)、农残等食品污染物事件频发。食品污染物进入人体内的方式有很多种,包括直接接触、间接摄入等。食品污染物对人类健康存在严重威胁,而目前的常规检测方法均存在检测限不足、耗时、样品量大等缺陷,制约了食品污染物现场快速检测的发展。表面增强拉曼散射光谱(SERS)法因具备高灵敏度、检测条件温和、无需复杂的样品前处理、不损害样品、操作简单、可实现实时原位现场检测等优点被广泛应用于痕量物质的检测。本实验通过合成四种不同尺寸的Au@Ag纳米长方体,并筛选出检测食品污染物的最优基底,提高SERS基底的灵敏度。然后通过液液界面自组装法制备大范围高密度热点的含有内标的SERS活性基底,解决了SERS技术的重复性问题。方法:首先通过控制加入金棒(Au NRs)的浓度得到四种不同银层厚度的Au@Ag纳米长方体(Au@Ag NCs),随后以结晶紫(CV)和邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)为标准筛选出检测食品污染物的最优基底,并以CV为拉曼探针分子考察该基底的灵敏度和重复性,最后利用该基底检测通过外加法加入酒水中的PAEs。为了提高获得的SERS基底信号的准确度,通过液液界面自组装法在基底膜上修饰4-巯基苯甲酸(4-MBA)为内标分子,校准SERS信号因各种因素所导致的波动。同样以CV为探针分子考察加内标后基底膜的灵敏度和重复性。最后利用修饰有内标的基底膜进行鱼塘水中孔雀石绿(MG)、梨皮上噻苯咪唑(TBZ)等实际样品的检测,校准SERS信号。结果:1.通过两步法合成银层厚度分别约为3,7,12,18 nm的Au@Ag NCs溶液,随后利用这四种不同尺寸的Au@Ag NCs检测10~(-6) M的CV,并比较SERS强度,得出当银层厚度为12 nm时的SERS信号最强。随后也检测了10~(-5) M的BBP溶液,得出了一致的结果。因此,在本实验中当包裹的银壳厚度为12 nm时的Au@Ag NCs为最优基底。该最优基底检测探针分子CV时的检测限可达10~(-8) M,相对标准偏差为10.22%,该基底较好的灵敏度、重复性满足后续利用SERS技术检测食品污染物的要求。利用最优基底检测BBP、DEHP的检测限均达到10~(-9) M,并且能成功检测出两种市售白酒中添加的最低剂量的BBP(5.3 mg/kg)。2.以Au@Ag NCs溶液为水相,环己烷为油相,并迅速加入含有内标分子4-MBA的乙醇为诱导剂,通过液液界面自组装法得到内标修饰的基底膜(Au@Ag NCs/4-MBA膜)。表征数据结果表明,纳米粒子间排列整齐,分布均匀且间隙较小,可以为SERS检测提供大量且均一的热点。对该基底膜的灵敏度考察结果表明,Au@Ag NCs/4-MBA膜的灵敏度达到10~(-8) M,加内标前后的线性拟合系数分别为0.98383?0.99237。在重复性的考察过程中,我们发现加内标后的相对标准偏差(RSD,8.50%)远小于未加内标校准的RSD(RSD_(4-MBA)=11.53%,RSD_(CV)=9.94%)。实验结果表明,通过内标法可提高SERS定量检测的准确度、重复率。随后利用该基底膜检测鱼塘水中的MG及梨皮上的TBZ残留物。对鱼塘水中MG的检测限可达5×10~-99 M,加内标前后的线性拟合系数分别为0.92821、0.98457。在检测梨皮上TBZ残留物的实验过程中,检测限可达10~(-10) M,且R~2-I_(TBZ)/I_(4-MBA)=0.96555R~2-I_(TBZ)=0.93913,与鱼塘中MG的检测结果一致。表明Au@Ag NCs/4-MBA膜在在农残污染物检测方面表现出巨大的潜力。结论:本实验将两种单一金属结合到同一纳米结构中,通过控制加入的金棒的量得到四种不同尺寸的独特的核-壳双金属纳米长方体结构,改变了单一金属的特性,使得应用范围更加广泛,并在实验范围内为食品污染物的检测筛选出最优的SERS基底。通过液液界面自组装法制备了内标修饰的Au@Ag NCs膜,内标(IS)作为稳定的成分,能够在很大程度上消除或降低不稳定因素对实验结果产生的影响提高了SERS检测的可靠性和准确性。
【学位单位】：安徽中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X836;O657.37;TS207.5
【部分图文】：

塑化剂,结构通式,结构式

图 1-1 塑化剂的结构通式（A）和雌激素的结构式（B）Fig. 1-1 The structural formula of plasticizer (A) and structural formula of estroge05 年，英国媒体报道某超市连锁店中出售含有孔雀石绿的鲑鱼，这然大波。孔雀石绿（MG）是一种有毒的三苯甲烷类化学物质，主要用途：在水产养殖和渔业中广泛用作杀真菌剂、杀寄生虫剂和防腐皮革、纺织、食品和化妆品等行业中被用作合成染料，并不断从这态系统[9]。然而，有大量文献报道 MG 对人和动物的免疫系统、生性和致癌性存在众多负面影响[10]。因此，许多国家已禁止使用孔雀 MG 对水产养殖业的效果好、成本低且易于获得，所以在世界各地使用 MG 的情况。目前美国食品药品监督管理局已将 MG 提名为致试化学品之一[9, 11]。随着经济贸易日益全球化，必须对禁毒物质（如

示意图,实验流程,示意图

起了极大的关注，与具有相似尺寸和形状的单金属纳米颗粒相比，通过金属颗粒等离子体模式的耦合产生更丰富的吸收带[51]。更重要的是，Au@Ag 纳米的增强是由单个颗粒引起的，其导致目标吸附到表面不同于聚集的金属纳米[32]。大量文献表明，Au@Ag NCs 与具有相似尺寸和成分的其他纳米结构（球粒，纳米立方体等）相比显示出更强的 SERS 活性。本章中我们合成了尺寸依赖性 Au@Ag NCs 作为无标记 SERS 基底进行 PA测。与 Au NRs 相比，Au@Ag NCs 克服了单金属有限的吸收特性，并且 Au N外围的 Ag 长方体壳层等离子体共振模式提供了更广泛和更丰富的吸收带，使到更广泛的应用。由于 SERS 基底的尺寸和形状对拉曼信号的影响很大，我们了尺寸控制的 Ag 长方体包裹在 Au NRs 外。然后，利用 CV 和 BBP 来比较四同尺寸的 Au@Ag NCs 的拉曼强度，筛选出最优 SERS 基底。我们利用优化尺 Au@Ag NCs 实现了 BBP 和 DEHP 的检测，且成功地检测出两种市售白酒中有中毒含量的 BBP。实验流程如图 2-1 所示。

示意图,长方体,纳米,层厚度

第一章 Au@Ag 双金属纳米长方体的制备及其对塑化剂的快速检测 DIW 进行稀释，10000 rpm/10 min 条件下离心 2 次，去除多余的 CTAB，在物中加入 2 mL DIW 进行稀释，并转移至 25 mL 洁净的单口圆底烧瓶中，随入 4 mL 十六烷基三甲基氯化铵（CTAC，20 mM）溶液，混匀后将混合溶液至 60℃并快速搅拌 20 min，使得 CTAC 能充分置换出包覆在 Au NRs 表面的活性剂 CTAB。随后依次加入 AgNO3（5 mL，2 mM）、CTAC（4 mL，20 mM）、AA（2.5 mL0 mM）溶液，在 60℃油浴下搅拌 4 h 后，冰浴（如图 2-2 所示）[52]。

【相似文献】