專利名稱：定量檢測(cè)痕量羅丹明6g的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種定量檢測(cè)方法，特別是涉及利用表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)技術(shù) 定量檢測(cè)溶液中超低濃度的羅丹明6G的方法。屬于SERS檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)由于其高靈敏度，無損，快速，結(jié)構(gòu)信息量大等優(yōu)點(diǎn)，被廣 泛應(yīng)用于環(huán)境，食品安全等研究領(lǐng)域。當(dāng)待測(cè)分子吸附在SERS活性基底表面受到激光照射 時(shí)，其拉曼信號(hào)被極大的增強(qiáng)，從而可實(shí)現(xiàn)單分子層甚至單個(gè)分子的檢測(cè)。目前常用的SERS 活性基底包括粗糙金屬電極，金屬溶膠，復(fù)合金屬溶膠，金屬納米棒，金屬納米線，金屬納米 陣列，金屬沉積島膜。這些活性基底使得人們?cè)赟ERS傳感技術(shù)方面的研究取得了很多成 果，但同時(shí)也各自存在著一些缺陷，如靈敏度低，重復(fù)性差等。因此，想要獲得一種具有高靈 敏度，高重復(fù)性，高穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)分子定量測(cè)量的實(shí)用傳感器活性基底目前仍是一 個(gè)很大挑戰(zhàn)。電磁增強(qiáng)模型認(rèn)為，激光照射到金屬粗糙表面時(shí)，入射電磁波誘發(fā)金屬表面產(chǎn)生 共振的表面等離子體波，極大地增強(qiáng)了金屬表面的電磁場強(qiáng)度，使得吸附于表面的待測(cè)分 子產(chǎn)生增強(qiáng)的拉曼散射信號(hào)。而理論研究表明，表面等離子體波的強(qiáng)度依賴于金屬納米結(jié) 構(gòu)的介電常數(shù)，尺寸和形狀等因素，因此，通過控制金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸和有序度可使得其 在給定的檢測(cè)環(huán)境下達(dá)到最理想的SERS效果。羅丹明6G是一種酚類化合物，常作為重要的有機(jī)化工原料和中間體，在農(nóng)業(yè)、染 料、香料、橡膠、醫(yī)藥、感光材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，對(duì)人體及其他生物的毒性較大。而 現(xiàn)在的檢測(cè)技術(shù)僅限于對(duì)中高濃度羅丹明6G的檢測(cè)，而無法對(duì)其進(jìn)行痕量以及定量的檢 測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用拉曼光譜儀檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其是基于 拉曼光譜技術(shù)利用一種具有SERS活性的“三明治”體系檢測(cè)出溶液中超低濃度的羅丹明6G 分子。本發(fā)明的另一目的是建立羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線，以此曲線作為 參照物可實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液中羅丹明6G含量的定量檢測(cè)。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個(gè)銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為 電解液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度 的混合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米 線陣列的SERS增強(qiáng)“三明治”體系；
3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對(duì)其進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試，得到不 同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計(jì)算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強(qiáng)度，得到羅丹明6G的SERS強(qiáng) 度-濃度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測(cè)的依據(jù)；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強(qiáng)度與羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲 線進(jìn)行對(duì)照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。其中所述的硝酸銀的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓 為17-18V、50HZ，沉積時(shí)間為100-120S，AAO模板的孔徑為50_60nm。其中所述的銀納米線陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2μπι。其中所述的銀納米顆粒的直徑為70-90nm。其中所述拉曼光譜測(cè)試使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、功率 5mW、掃面范圍為 200-200001^。其中所述的羅丹明6G溶液SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線為一條對(duì)數(shù)線性關(guān)系曲線， 該關(guān)系曲線的公式為IogI = 0. 1498*logC+2. 6337，其中1為SERS強(qiáng)度，C為羅丹明6G溶 液濃度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本方法通過控制銀納米顆粒和銀納米線陣列的尺寸，使其 吸收峰與所用激光波長相匹配。因此當(dāng)激光照射到“三明治”體系表面時(shí)可激發(fā)出極強(qiáng)的 表面等離子體波，有利于熱點(diǎn)的形成。并且本方法所采用的“三明治”體系可使得羅丹明6G 溶液的分子大部分都處在銀納米顆粒和銀納米線陣列之間的熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)，SERS信號(hào)被極大 增強(qiáng)，檢測(cè)極限達(dá)到10_19mOl/L。因此，本檢測(cè)方法的靈敏度很高。2.本方法檢測(cè)到羅丹明 6G的SERS強(qiáng)度-濃度之間存在著良好的對(duì)數(shù)線性關(guān)系，因此，本方法可用于物質(zhì)的定量檢 測(cè)。3.本方法制備的銀納米線陣列的銀納米線直徑和長度均一，且被固定在AAO模板的孔 洞里；銀納米顆粒尺寸均勻，與羅丹明6G溶液混合后隨機(jī)吸附在銀納米線陣列的表面上， 在整個(gè)表面上密度是均勻的；因此在隨機(jī)檢測(cè)中“三明治”體系表面被激光束照射到的熱點(diǎn) 數(shù)目應(yīng)該都是相等的，也就是說在表面不同位置所檢測(cè)到的SERS信號(hào)強(qiáng)度的差別很小。因 此，本檢測(cè)方法具有很高的重復(fù)性。4.本方法制備的“三明治”體系保存一周后再進(jìn)行拉曼 檢測(cè)，其SERS性能與一周前基本保持一致，表明此基底具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。因此，基于其高靈敏度，高重復(fù)性和穩(wěn)定性，快速，無損等優(yōu)點(diǎn)，此“三明治”體系可 以廣泛應(yīng)用于其它痕量物質(zhì)的定量檢測(cè)中。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作一詳細(xì)的 描述，其中圖1是本發(fā)明所述的“三明治”體系的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述的不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜圖。圖3是本發(fā)明所述的羅丹明6G溶液SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線。圖4是本發(fā)明所述的超低濃度羅丹明6G溶液的“三明治”體系的SERS譜圖和純 羅丹明6G溶液的普通拉曼譜圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種利用拉曼光譜儀定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方 法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個(gè)銀納米線陣列20，制備方法如下首先利用兩 步陽極氧化法制備AAO模板10，所用二次氧化電壓為45V，二次氧化時(shí)間為30min，之后以 2V/min的速度將電壓連續(xù)下調(diào)至11-13V，獲得阻擋層較薄的AAO模板10。將其浸入去離子 水中靜置30分鐘，去除雜質(zhì)離子。此AAO模板10仍保留鋁層和阻擋層，其孔徑為50-60nm。 之后，將0. 04-0. 06mol/L的硝酸銀和25_30g/L的硼酸加入200ml的去離子水中制成的透 明混合溶液做為電解液，保留鋁層和阻擋層的AAO模板10和鉬電極分別作為兩個(gè)電極浸入 電解液中，在兩電極之間加17-18V、50HZ的交流電壓進(jìn)行電化學(xué)沉積，100-120S后，關(guān)掉電 源，迅速將電解液倒出，然后用去離子水反復(fù)清洗沉積后的AAO模板10，此時(shí)AAO模板10的 孔洞中已經(jīng)沉積滿了銀納米線陣列20，顏色也由透明變?yōu)楹谏?。之后用高氯?氯化銅的 過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的磷酸溶液去除 阻擋層，去除時(shí)間為90-100min，使得沉積在AAO模板10孔洞中的銀納米線陣列20的尖端 部分剛好裸露出來，此時(shí)顏色變?yōu)樯罨疑?。之后將銀納米線陣列20浸入60°C的去離子水中 靜置30分鐘，以去除其表面的雜質(zhì)離子，取出后放入無水乙醇中保存。制備好的銀納米線 陣列20的銀納米線直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。2)制備直徑為70-90nm，形狀不規(guī)則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30，分別與多種 不同濃度OX10-8-2Xl(T2°mOl/L，間隔為一個(gè)數(shù)量級(jí))的羅丹明6G溶液40按體積比1 1 混合，將混合溶液超聲振蕩lOmin，之后用移液器將不同濃度的混合溶液分別滴在制備好的 銀納米線陣列20上，自然干燥以后，就形成不同濃度的銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/ 銀納米線陣列20的“三明治”體系。3)利用拉曼光譜儀對(duì)制備好的“三明治”體系進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試，得到不同濃度羅 丹明6G溶液40的SERS譜圖，如圖2所示的。由圖中可以看出，當(dāng)羅丹明6G溶液40的濃 度在2X 10_8-2X 10_18mol/L之間時(shí)，對(duì)應(yīng)的SERS譜圖中均出現(xiàn)了羅丹明6G的特征峰，這說 明利用所述“三明治”體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各個(gè)濃度的羅丹明6G溶液40的檢測(cè)。從圖2 中還可以看出，羅丹明6G溶液40的特征峰強(qiáng)度隨著其濃度的減小而明顯降低。為了得出 本方法的檢測(cè)極限，繼續(xù)降低羅丹明6G溶液40的濃度，得到的SERS譜圖如圖4所示。其 中圖如是純羅丹明6G溶液40的普通拉曼譜，圖4b和4C是羅丹明6G溶液40濃度分別為 10_2Clmol/L和10_19mol/L時(shí)的SERS譜?？梢钥闯?，當(dāng)濃度為10_19mol/L時(shí)，羅丹明6G溶液 40的拉曼特征峰還可以從背底中分辨出來，而當(dāng)濃度降至10_2°mol/L時(shí)，羅丹明6G溶液40 的特征峰已經(jīng)完全分辨不出來了，說明此方法可檢測(cè)出的羅丹明6G溶液40的最低濃度為 10_19mol/L。整個(gè)拉曼光譜測(cè)試過程是在銀納米線陣列20和銀納米顆粒30保存一星期后 才進(jìn)行的，所使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、束斑直徑為3μπκ功率為 5mW、掃面范圍 200-200001^04)計(jì)算不同濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜特征峰強(qiáng)度觀察SERS譜圖可以看 出1649CHT1處的拉曼峰強(qiáng)度最大，將其作為羅丹明6G溶液40的特征峰，對(duì)其積分面積進(jìn)行 計(jì)算，用以代表相應(yīng)的SERS信號(hào)強(qiáng)度。之后用origin軟件擬合SERS信號(hào)強(qiáng)度與羅丹明6G 溶液40的濃度的關(guān)系，得到一條對(duì)數(shù)線性關(guān)系曲線，線性度良好，如圖3所示。該關(guān)系曲線的公式為IogI = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強(qiáng)度，C為羅丹明6G溶液40的濃 度，此曲線是作為羅丹明6G溶液40定量檢測(cè)的依據(jù)。5)配置未知濃度的羅丹明6G溶液40，制備成所述的“三明治”體系并進(jìn)行拉曼光 譜測(cè)試，計(jì)算出測(cè)得的SERS譜圖中1649cm—1峰的積分面積。將其與羅丹明6G的SERS強(qiáng) 度-濃度關(guān)系曲線進(jìn)行對(duì)照，強(qiáng)度相同時(shí)，相應(yīng)的濃度即是未知羅丹明6G溶液40的濃度。具體實(shí)例以下為采用本發(fā)明提供的方法定量檢測(cè)溶液中超低濃度的羅丹明6G的實(shí)例。首先制備孔徑為50nm的AAO模板10待用。然后，將0. 05mol/L的硝酸銀和30g/ L的硼酸加入200ml的去離子水中制成電解液，在17. 8V、50HZ的交流電壓下向AAO模板10 中限域沉積銀納米線陣列20，沉積時(shí)間為120S，之后用去離子水反復(fù)清洗沉積后的AAO模 板10。用高氯酸氯化銅的過飽和溶液將沉積后的AAO模板10背面的鋁層去除，再將其背面 浸在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的磷酸溶液中90min，去除阻擋層。之后將其浸入60°C的去離子水中 靜置30min，去除裸露出尖端部分的銀納米陣列20表面的雜質(zhì)離子，取出后放入無水乙醇 中保存。制備的銀納米線陣列20的銀納米線直徑為50nm，長度為1 μ m。首先制備平均直 徑為80nm，形狀不規(guī)則，棱角較多的灰色銀納米顆粒30備用。再稱取微量羅丹明6G粉末， 溶于IOml去離子水中，超聲分散IOmin后，將其與制備好的銀納米顆粒30按體積比1 1 充分混合，得到灰色混合溶液。用移液器將上述混合溶液滴在銀納米線陣列20上，待其自 然干燥，形成銀納米顆粒30/羅丹明6G溶液40/銀納米陣列20 “三明治”體系。利用拉曼 光譜儀對(duì)其進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試，獲得未知濃度羅丹明6G溶液40的SERS譜。計(jì)算SERS譜 1649cm-1峰的積分面積，將其值與羅丹明6G溶液40的SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線進(jìn)行對(duì)照， 得出羅丹明6G溶液40的濃度約為10_13mOl/L。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用拉曼光譜儀定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟1)采用交流電化學(xué)沉積法制備多個(gè)銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解 液，在交流電壓下，向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；2)制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，將得到的不同濃度的混 合溶液分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成銀納米顆粒/羅丹明6G溶液/銀納米線陣 列的SERS增強(qiáng)“三明治”體系；3)待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對(duì)其進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試，得到不同濃 度羅丹明6G溶液的SERS譜；4)計(jì)算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強(qiáng)度，得到羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃 度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測(cè)的依據(jù)；5)將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強(qiáng)度與羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線進(jìn) 行對(duì)照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的硝酸銀 的濃度為0. 04-0. 06mol/L，硼酸的濃度為25_30g/L，交流電壓為17_18V、50HZ，沉積時(shí)間為 100-120S, AAO 模板的孔徑為 50-60nm。
3.如權(quán)利要求1所述的定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其中步驟1)所述的銀納米線 陣列中的銀納米線的直徑為50-60nm，長度為1-1. 2 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其中步驟2、中所述的銀納米 顆粒的直徑為70-90nm。
5.如權(quán)利要求1所述的定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其中步驟3)中所述拉 曼光譜測(cè)試使用的拉曼光譜儀的參數(shù)設(shè)置為激光波長532nm、功率5mW、掃面范圍為 200-200001^。
6.如權(quán)利要求1所述的定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，其中步驟4)中所述的羅丹明 6G溶液SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線為一條對(duì)數(shù)線性關(guān)系曲線，該關(guān)系曲線的公式為log I = 0. 1498*log C+2.6337，其中1為SERS強(qiáng)度，C為羅丹明6G溶液濃度。
全文摘要
一種利用拉曼光譜儀定量檢測(cè)痕量羅丹明6G的方法，包括以下步驟采用交流電化學(xué)沉積法制備多個(gè)銀納米線陣列以硝酸銀/硼酸混合水溶液為電解液向AAO模板的孔洞中限域沉積銀納米線，形成銀納米線陣列；制備銀納米顆粒，并分別與不同濃度的羅丹明6G溶液混合，分別滴在制備好的銀納米線陣列上，形成SERS增強(qiáng)“三明治”體系；待“三明治”體系自然干燥后，在拉曼光譜儀上對(duì)其進(jìn)行拉曼光譜測(cè)試，得到不同濃度羅丹明6G溶液的SERS譜；計(jì)算不同濃度羅丹明6G溶液SERS譜的特征峰強(qiáng)度，得到羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃度的關(guān)系曲線，此曲線是作為羅丹明6G定量檢測(cè)的依據(jù)；將未知濃度的羅丹明6G溶液SERS強(qiáng)度與羅丹明6G的SERS強(qiáng)度-濃度關(guān)系曲線進(jìn)行對(duì)照，以得出羅丹明6G溶液的濃度。
文檔編號(hào)G01N1/28GK102109467SQ201010591599
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者張利勝, 張君夢(mèng), 曲勝春, 王占國 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所