基于金纳米材料的SERS基底的构筑及对色素和有机染料的检测

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近年来,随着轻工业的不断发展,环境污染、食品安全等对人类的健康带来日益严重的威胁,而食品工业中食品添加剂如色素和纺织、印刷行业中有机染料的使用则直接危害人体健康,因此,对它们的检测尤为重要。目前,已开发的检测方法有荧光光谱法、电化学法、表面增强拉曼散射(SERS)光谱法等,其中,SERS光谱由于操作简便、测定时间短且检测灵敏度高等优点备受关注。近年来,随着SERS基底的不断发展,SERS技术已经成为检测色素和有机染料的主要方法之一。本论文以SERS技术为主要研究手段,实现了对食品添加剂柠檬黄、有机染料罗丹明6G(R6G)和结晶紫(CV)的快速高灵敏检测。对于SERS技术而言,最重要的是SERS基底的制备。本论文制备了三种不同的SERS基底,包括金纳米粒子(Au NPs)、金纳米星(Au NSs)薄膜以及Au NPs掺杂的二硫化钼(Au-Mo S2)基底。基于贵金属纳米材料的局部表面等离子体共振(LSPR)效应引起的电磁增强(EM)和二维半导体材料引发的化学增强(CM)效应,使目标分子的拉曼信号得到明显增强,最终实现了对柠檬黄、R6G和CV的高灵敏检测。主要研究内容如下:1.采用种子介导法制备得到抗坏血酸(AA)功能化的抗聚集Au NPs,作为荧光和SERS探针,实现了在较宽的检测范围内超快速、高选择性、高灵敏检测柠檬黄。以361 nm作为激发波长,柠檬黄在~547 nm处出现荧光发射峰。由于金属增强荧光(MEF)效应,加入Au NPs后发射峰强度显著增强,检测范围为2.0-40.0μM,检出限为15.4 n M。此外,在1.0×10-11-1.0×10-7 M的范围内,SERS信号强度随着柠檬黄浓度的增大而逐渐增强,检出限为8.0×10-13 M。所制Au NPs可通过荧光和SERS技术有效检测市售饮料中的柠檬黄,为实际样品中柠檬黄的高灵敏检测提供了新方法。2.将种子介导法制备的Au NSs通过静电吸附作用沉积在聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)覆盖的玻璃片上得到Au NSs薄膜,并以此为SERS基底,实现了对R6G、CV以及二者混合溶液的检测。Au NSs薄膜通过EM效应成功地增强了R6G、CV以及混合溶液的SERS信号。结果表明,在1.0×10-9-1.0×10-4 M的范围内,R6G和CV的检出限均为3.0×10-10 M。所制备的基底具有较合理的均匀性,相对标准偏差分别为11.01%和16.75%。另外,可以通过SERS技术定性检测混合溶液中的R6G和CV。因此,制备的Au NSs基底可用于快速检测R6G和CV,为其他有机染料的检测构筑了一个新平台。3.将通过柠檬酸三钠还原法制备的Au NPs滴涂在化学气相沉积(CVD)法制备的六边形Mo S2薄膜上,并以此为SERS基底实现了快速且高灵敏检测R6G分子。所制SERS基底由二维半导体材料Mo S2和纳米材料Au NPs组成。因此,借助Mo S2薄膜的EM和Au NPs的CM效应,成功地放大了R6G的SERS信号,检出限为3.0×10-13 M。所制备的基底具有较合理的均匀性,相对标准偏差为14.22%。因此,制备的Au NPs掺杂的Mo S2基底可用于高灵敏检测R6G,为其他有机染料的检测提供了新思路。
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