一种表面增强拉曼散射快速检测汞的方法

1.本发明涉及化学分析检测技术领域，具体涉及一种表面增强拉曼散射快速检测汞的方法。


背景技术：

2.汞及其大部分化合物广泛存在于水和土壤中。工厂污水的过量排放、化石燃料的燃烧和垃圾的焚烧导致了环境中汞的增加。汞易在水中富集，且易被皮肤、呼吸道和消化道吸收，破坏人体中枢神经系统并导致脑死亡。因此，做好水及环境中汞的检测工作对人体健康具有十分重要的意义。
3.hg
2
的检测方法主要分为仪器分析检测和传感分析检测。传统的仪器分析检测方法主要包括原子吸收光谱法（aas）、原子荧光光谱法（afs）和电感耦合等离子体质谱法（icp
ꢀ‑
ms）等。仪器分析检测法在检测灵敏度和准确度方面有较大优势，但因其昂贵的设备要求、复杂的样品前处理过程及较长的检测周期等因素的限制，导致仪器分析检测法无法用于hg
2
的现场、快速检测。表面增强拉曼光谱(surface-enhanced raman spectroscopy，sers）通过金、银等贵金属材料大幅增强目标物质的拉曼信号，实现痕量物质的检测，其除了具有指纹谱图特征外，还具有样品前处理简单、检测速度快、所需样品少等优点，进而在食品安全检测领域居于独特的地位。但由于目前拉曼增强剂制备方法不多，能够产生拉曼信号的靶标有限，拉曼增强剂的制备也是制约sers应用的一个瓶颈。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种表面增强拉曼散射快速检测汞的方法，本发明利用碳点表面所带基团如羟基（-oh）及制备碳点原料章胺本身具有的还原性，以章胺碳点作为制备金纳米的还原剂及稳定剂，制得的金纳米具有显著的拉曼增强效应及稳定性，对hg
2
的sers具有电磁增强及化学增强双重效应，hg
2
在一定浓度范围与特征峰的峰面积有线性关系，检出限达1
µ
g/l。食品中汞的限量在1-100
µ
g/l，本方法完全满足相关限量检测要求，方法具有特异性，相关共存物并不干扰测定，能实现hg
2
的sers高灵敏检测。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：以章胺碳点为还原剂及稳定剂，制备章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂；取hg
2
标准溶液与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂混合；使用便携式拉曼仪对混合物进行拉曼光谱检测，根据章胺碳点改性金纳米的分子结构和拉曼峰位归属，确定1335 cm-1
处的特征峰可作为表面增强拉曼散射光谱检测hg
2
的判别依据，并确定hg
2
浓度与特征峰的峰面积的线性关系；取待测样品液与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂混合；使用便携式拉曼仪对待检测混合物进行拉曼光谱检测，根据特征峰的峰面积计算待测样品中hg
2
浓度。
6.进一步地，所述章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂制备如下：（1）章胺碳点的合成：称取1.0-2.0g章胺盐酸盐、0.5-1.0g柠檬酸、0.5-1.0g乙二
胺溶于20ml超纯水中，超声混合均匀，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，于180-200℃恒温加热8-10h，反应完成后自然冷却至室温，得棕色溶液；将棕色溶液用0.22μm滤膜除去大颗粒杂质，再经高速离心，上清液真空干燥，得到章胺碳点；（2）将12-15mg的章胺碳点与20-25mg柠檬酸钠溶于40ml超纯水中，油浴加热至100℃，加入haucl4，haucl4在混合液中的浓度为10-15mg/ml，避光搅拌60min，冷却至室温，高速离心，上清液即为章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂。
7.所述待测样品液为按常规方法对含汞样品进行预处理后制得的待检测液体。
8.进一步地，所述hg
2
标准溶液的浓度为0.1-1000μg/l；章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂的添加量为50-100μl。
9.进一步地，拉曼光谱检测在785 nm激发光、激光功率500mw、扫描时间10s的条件下，hg
2
标准溶液的表面增强拉曼散射光谱峰有1189 cm-1
、1335 cm-1
和1607 cm-1
峰。
10.进一步地，所述方法对hg
2
标准溶液的检出浓度达到0.1
µ
g/l。
11.本发明具有如下优点：1、本发明表面增强拉曼散射快速检测汞的方法，利用碳点表面所带基团如羟基（-oh）及制备碳点原料章胺本身具有的还原性，以此作为制备金纳米的还原剂及稳定剂，制备的金纳米具有显著的拉曼增强效应及稳定性；2、本发明表面增强拉曼散射快速检测汞的方法，碳点原料章胺改性金纳米材料作为拉曼散射增强剂，能够加强hg
2
在金纳米表面及碳点的相互作用，起到了电磁增强及化学增强的双重效果，实现hg
2
高灵敏检测，检出限达1
µ
g/l；3、本发明表面增强拉曼散射快速检测汞的方法，用于实际样品中汞的检测，共存物质不干扰测定，方法具有特异性强、操作简单、快速等特点。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图；图1为本发明实施例1中不同浓度hg
2
标准品和aunps 的sers光谱图；图2为本发明实施例1中不同浓度hg
2
与特征峰强度的线性关系；图3为本发明实施例1中不同金属对本发明检测体系的干扰实验结果示意图。
具体实施方式
13.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.实施例1：表面增强拉曼散射快速检测大米中的汞（1）称取1.0g章胺盐酸盐、0.5g柠檬酸、0.5g乙二胺溶于20ml超纯水中，超声混合均匀，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，于180℃恒温加热10h，反应完成后自然
冷却至室温，得棕色溶液；将棕色溶液用0.22μm滤膜除去大颗粒杂质，再经8000r/min离心，上清液60℃真空干燥，得到章胺碳点；（2）将12mg的章胺碳点与20mg柠檬酸钠溶于40ml超纯水中，油浴加热至100℃，加入haucl4，haucl4在混合液中的浓度为10mg/ml，避光搅拌60min，冷却至室温，8000r/min离心，上清液即为章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂；（3）hg
2
标准溶液的sers 检测：取hg
2
标准溶液（浓度范围0.1-1000μg/l）200μl与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂100μl混合，在785nm激发光、激光功率500mw的条件下扫描10s，使用便携拉曼仪对混合物进行拉曼光谱检测；（4）hg
2
的sers光谱检测波数确定及标准品的 sers 分析：如图1所示，在hg
2
的 sers 谱图观察到1189cm-1
、1335cm-1
和1607cm-1
峰处有sers特征峰，根据hg
2
浓度变化与sers峰的相关性特征，确定1335cm-1
处的特征峰作为 sers光谱检测hg
2
的判别依据；hg
2
的sers谱中特征峰峰强随标准溶液浓度（0.1-1000μg/l）而变化，如图2所示，hg
2
浓度与特征峰峰面积的线性回归方程为：y=1815.11x-5043.56，r2=0.9801，且均在浓度低至 1
µ
g/l时仍有明显的拉曼谱峰；所以，本方法对hg
2
标准溶液的检出浓度达到1
µ
g/l；（5）大米参考样品（gbw10045a）中汞的sers测定（51）大米样品预处理：准确称取大米参考样品0.3g（准确至0.001g），样品置于微波消解罐中，加入6.0ml硝酸，于微波消解仪中消化，微波消解程序见表1；消解结束待冷却后，用去离子水定容至20ml，得样品测定液；（52）取待测样品液200μl与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂100μl混合，使用便携拉曼仪对待检测物进行拉曼光谱检测，根据特征峰的峰面积，计算待测样品中汞含量为3.3
µ
g/kg，与参考值3.5
µ
g/kg相比，检测结果在误差范围内，因此本发明测定方法有准确性；表1 微波消解程序；（6）不同金属离子对本实施例检测体系的干扰实验将20
µ
g/kg的hg
2
替换为200
µ
g/kg的其他金属离子（ar
3
、mg
2
、zn
2
、cu
2
、ca
2
、sn
2
、cd
2
、ag
2
、pb
2
、fe
2
）用于验证本发明检测体系的特异性，图3结果显示，本发明检测体系对hg
2
具有较好的选择特异性。
15.实施例2：表面增强拉曼散射快速检测土壤中的汞（1）称取1.5g章胺盐酸盐、0.7g柠檬酸、0.7g乙二胺溶于20ml超纯水中，超声混合均匀，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，于200℃恒温加热8h，反应完成后自然冷却至室温，得棕色溶液；将棕色溶液用0.22μm滤膜除去大颗粒杂质，再经8000r/min离心，上清液60℃真空干燥，得到章胺碳点；（2）将15mg的章胺碳点与20mg柠檬酸钠溶于40ml超纯水中，油浴加热至100℃，加入haucl4，haucl4在混合液中的浓度为12mg/ml，避光搅拌60min，冷却至室温，8000r/min离心，上清液即为章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂；（3）hg
2
标准溶液的sers 检测及线性回归方程同实施例1；
（4）土壤中汞的sers测定（41）土壤样品预处理：土壤为国家标准物质gbw07447，准确称取样品0.3g（准确至0.001g），将其倒入50ml 具塞比色管中，用少许纯净水润湿样品，加入10ml 浓盐酸和浓硝酸体积比为1∶1的王水，加塞后摇匀，置于沸水浴中消解2h，取出后冷却，然后加入10mg/l的l-半胱氨酸（其为稳定剂，用来防止汞挥发和吸附在玻璃内壁）定容至刻度；摇匀后放置，取上清，得样品测定液；（42）取待测样品液200μl与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂100μl混合，使用便携拉曼仪对待检测物进行拉曼光谱检测，根据特征峰的峰面积，计算待测样品中汞含量为18
µ
g/kg，证书参考值0.015
±
0.003mg/kg，测定结果在误差范围内，测定方法有准确性。
16.实施例3：表面增强拉曼散射快速检测虾肉中的汞（1）称取2.0g章胺盐酸盐、1.0g柠檬酸、0.9g乙二胺溶于20ml超纯水中，超声混合均匀，将溶液转移至聚四氟乙烯内衬水热反应釜中，于190℃恒温加热9h，反应完成后自然冷却至室温，得棕色溶液；将棕色溶液用0.22μm滤膜除去大颗粒杂质，再经8000r/min离心，上清液60℃真空干燥，得到章胺碳点；（2）将13mg的章胺碳点与23mg柠檬酸钠溶于40ml超纯水中，油浴加热至100℃，加入haucl4，haucl4在混合液中的浓度为15mg/ml，避光搅拌60min，冷却至室温，8000r/min离心，上清液即为章胺碳点改性金纳米；（3）hg
2
标准溶液的sers 检测及线性回归方程同实施例1；（4）虾肉中汞的sers测定（41）虾肉样品预处理：去掉壳及头，称取样品 1.0g（精确至0.0001g），置于15ml塑料离心管中，加入10ml 的盐酸溶液（5mol/l），25℃下超声30min并放置过夜；25℃超声水浴提取60min，期间振摇数次；4℃下以8000r/min 转速离心5min，随后吸取上清液，并用0.45μm滤膜过滤，得样品测定液；（42）取待测样品液200μl与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂100μl混合，使用便携拉曼仪对待检测物进行拉曼光谱检测，根据特征峰的峰面积，计算待测样品中汞含量为25
µ
g/kg。
17.实施例4：表面增强拉曼散射快速检测饮用水中的汞（1）章胺碳点的合成：同实施例1；（2）章胺碳点改性金纳米制备：同实施例1；（3）hg
2
标准溶液的sers 检测及线性回归方程同实施例1；（4）饮用水中汞的sers测定（41）饮用水样品预处理：10.0ml 水样样品，加入0.20ml 浓硝酸，放置20min后，得测定液；（42）取待测样品液200μl与章胺碳点改性金纳米拉曼散射增强剂100μl混合，使用便携拉曼仪对待检测物进行拉曼光谱检测，未检出；因为待测样品液中hg
2
的浓度低于1
µ
g/l；本发明检测方法实验重现好，通过样品加标回收率与精密度试验来验证，具体如下：在空白待测样品液加入不同hg
2
标准溶液，制得hg
2
浓度为5、10、15
µ
g/l的样品，进行sers检测，实验重现较好，rsd《3.0%，检出率》90%。
18.本发明建立的表面增强拉曼散射快速检测hg
2
的方法，用章胺碳点改性金纳米作拉曼散射增强剂对hg
2
的sers检测，具有灵敏高、特异、快速、操作简便等特点。
19.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。