新型SERS基底制备及其在违禁物检测中的应用研究

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表面增强拉曼光谱(SERS)技术由于具有高灵敏度、高响应特性以及指纹光谱特性,在表面科学、材料科学、食品安全和药物分析等领域得到广泛应用。本文在分析国内外SERS技术进展以及其在食药安全领域应用的基础上,以开发新型SERS基底、拓展SERS技术应用场景为目的,通过理论分析、仿真计算和实验研究的方式开发了不同类型SERS基底,并对其性能进行了研究,同时利用所开发新型SERS基底对食品药品中违禁抗生素、重金属及染色剂进行了检测,以进一步推进SERS技术在食药安全领域的应用。基于电磁增强机制,利用时域有限差分法(FDTD)模拟计算了不同形貌金纳米结构的电场分布。对比得出金纳米锥在其尖端具有较强的局域电场,为后续开发金纳米锥SERS基底提供理论基础。基于密度泛函理论(DFT),利用Gaussian软件分别计算了抗生素盐酸金霉素和左氧氟沙星,及工业染色剂808猩红的理论拉曼光谱,并结合标准品实测拉曼光谱对三种药物的拉曼特征峰进行归属,为后续SERS检测提供了理论依据。采用种子生长法制备单分散性金纳米锥结构,结合相转移及自组装技术得到具有二维热点的新型SERS基底。通过R6G探针分子对基底性能研究,得出基底分析增强因子为7.35×10~5。金纳米锥SERS基底相对于传统金纳米球SERS基底具有更好的拉曼信号增强效果,并且能够保证使用过程中的信号重复性和时间稳定性。利用金纳米锥SERS基底可现场、快速对经预处理牛奶样品中盐酸金霉素残留进行检测。利用自组装技术将银纳米球(Ag NPs)颗粒组装至阳极氧化铝(AAO)衬底孔洞中,制备了新型Ag NPs-AAO SERS固态基底。基于41 nm银纳米球制备的SERS基底对4-MBA探针的分析增强因子为1.17?10~6。通过AAO孔洞的限定作用,可使基底中银纳米球颗粒分布均匀性优于传统硅片基底,并具有良好的信号重复性和时间稳定性。利用Ag NPs-AAO SERS基底对牛奶中左氧氟沙星残留的最低检测限为1.88?10-6 mol/L。将结晶紫(CV)分子修饰于银纳米球颗粒表面,制备了可检测汞离子的功能化CV-Ag NPs探针,并利用CV-Ag NPs探针对朱砂中汞离子进行测定,得出不同批次朱砂中可溶性汞含量分别为0.624和5.140?g/g。同时,利用界面自组装技术,将银纳米球修饰在滤纸衬底表面,制备了具有原位提取功能的滤纸SERS基底,该滤纸SERS基底对朱砂表面808猩红的最低检出限为0.05μg/m L,以上研究结果表明SERS技术在传统中医药物安全检测领域具有一定应用潜力。
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