基于SERS技术的三聚氰胺检测

基于SERS技术的三聚氰胺检测目录一、引言 11.1表面增强拉曼光谱（SERS）技术简介 11.1.1拉曼光谱介绍 11.1.2表面增强拉曼技术 11.2SERS技术的现状 21.3食品安全现状及面临的问题 31.3.1食品添加剂的使用现状及问题 31.3.2三聚氰胺的危害 31.4.三聚氰胺检测技术现状 41.5研究目的及意义 4二、实验材料与表征方法 52.1前言 52.2药品与仪器 52.3表征检测原理及仪器 6三、基底的制备与表征及其SERS性能的测试 73.1花状TiO2微球的制备 73.2花状TiO2/Ag纳米微球的制备 83.3检测样品的制备 93.4基底的表征 93.5SERS性能的测试 10四、总结 12参考文献 13致谢 14摘要：三聚氰胺因其超高的含氮量，常被不良商家添加进乳类制品中，以提高其检测蛋白质含量，三聚氰胺具有毒性，进入人体会对肝脏肾脏等器官造成严重危害，因此对于食品中三聚氰胺的检测极为重要。表面增强拉曼光谱（SERS）技术具有很高的灵敏度和准确性。SERS利用特定的纳米结构作为基底，通过增强拉曼散射信号，使得极低浓度的三聚氰胺也能被有效检测。本论文以花状TiO2/Ag纳米微球为基底，通过过滤的方法将其与滤纸复合，获得柔性基底，结果显示该方法具有灵敏度高、准确性好、操作简便等优点，对三聚氰胺的检测极限（LOD）为1.256×10-13M，在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。关键词：SERS；TiO2；三聚氰胺；一、引言1.1表面增强拉曼光谱（SERS）技术简介1.1.1拉曼光谱介绍物理学家C.V.Raman和K.S.KrishnADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>RAMAN</Author><Year>1921</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702447476">1</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>RAMAN</author><author>C.,V</author></authors></contributors><titles><title>Thecolourofthesea</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>367</pages><volume>108</volume><number>2716</number><dates><year>1921</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]于1928年在实验中观测到了拉曼散射光谱。这一发现成为研究分子结构的强大工具，它凭借对与入射光频率不同的散射光谱进行分析，获得分子的振动、转动信息。拉曼光谱技术基于以下原理工作：首先，利用聚焦的单色光源照射待测物体。当入射光子被物质内部的电子吸收时，电子会被激发至一个高能级的激发态。随后，这些电子会自发地跃迁回稳定的基态，以光子的形式向外辐射，释放能量。在电子跃迁过程中，若未发生能量交换，散射光子的能量将与入射光子保持一致，但方向会发生变化，这种过程被称为瑞利散射。然而，当跃迁过程中涉及能量交换时，这种散射现象被称为非弹性散射，而非弹性散射中除了包含涉及低能量磁振子和声学声子的布里渊散射过程外，其余均属于拉曼散射的范畴。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>姜腾</Author><Year>2016</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713334275">29</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>姜腾</author></authors></contributors><titles><title>Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用研究</title></titles><dates><year>2016</year></dates><publisher>西安电子科技大学</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]拉曼光谱的应用领域极为广泛。在生物分子结构与功能分析方面，拉曼光谱仪可用于测量生物分子的拉曼信号强度和频率，从而了解生物分子的构成和功能，实现定量分析。在化学成分分析方面，拉曼光谱仪可用于分析化学物质的元素组成和相对浓度，通过测量信号强度与频率，计算元素浓度，实现定量分析。在物质结构分析方面，拉曼光谱仪可用于辨识物质的晶体结构和物相组成，为科研和工业界提供深入了解材料结构的重要依据。此外，拉曼光谱仪还可用于材料表面分析、环境污染分析等领域。1.1.2表面增强拉曼技术拉曼散射效应散射光强度约为入射光强度的10-6~10-9，这与同一背景下的其他散射光相比十分的微弱，这一情况对于应用和发展拉曼光谱有着极大的约束。直到1974年FleischmannADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Fleischmann</Author><Year>1974</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702448688">2</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Fleischmann,M.</author><author>Hendra,P.J.</author><author>Mcquillan,A.J.</author></authors></contributors><titles><title>Ramanspectraofpyridineadsorbedatasilverelectrode</title><secondary-title>ChemicalPhysicsLetters</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemicalPhysicsLetters</full-title></periodical><volume>26</volume><dates><year>1974</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]等人在实验时，发现吸附在粗糙金银等贵金属纳米材料的拉曼信号强度得到很大程度的提高,同时电极所加电位的变化也会影响其信号的强度。到1977年,Jeanmarie与VanDuyneADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Jeanmaire</Author><Year>1977</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702450603">3</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Jeanmaire,DavidL.</author><author>Duyne,RichardP.Van</author></authors></contributors><titles><title>SurfaceRamanSpectroelectrochemistry:PartI.Heterocyclic,Aromatic,andAliphaticAminesAdsorbedontheAnodizedSilverElectrode</title><secondary-title>JournalofElectroanalyticalChemistryandInterfacialElectrochemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofElectroanalyticalChemistryandInterfacialElectrochemistry</full-title></periodical><pages>1-20</pages><volume>84</volume><number>1</number><dates><year>1977</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4],Albrecht与CreightonADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Albrecht</Author><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702450720">4</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Albrecht,M.Grant</author><author>Creighton,J.Alan</author></authors></contributors><titles><title>AnomalouslyintenseRamanspectraofpyridineatasilverelectrode</title><secondary-title>ChemischerInformationsdienst</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemischerInformationsdienst</full-title></periodical><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]等人进行了系统的实验研究和理论计算,将这种与银、金、铜等粗糙表面相关的增强效应称为表面增强拉曼散射(SurfaceenhancedRamanScattering,SERS)效应,对应的光谱称为表面增强拉曼光谱。随后,SERS效应也被发现在其他粗糙表面。由于入射光波长、照射时间、强度等外界条件几乎无法影响拉曼光谱的峰的位置，而与作用的物质分子的能级结构与其息息相关，加上表面增强拉曼效应的发现。SERS技术在分析科学、表面科学以及生物科学等领域获得了广泛的应用，成为一种非常强大的分析工具。对于拉曼光谱的研究，SERS的优点在于其检测速度快、灵敏度高，所需样品浓度低，且对样品无破坏性。这使得它在多个领域具有广泛的应用，如：分子的理化研究、病理分析、药物分析等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>朱越洲</Author><Year>2018</Year><RecNum>27</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713262545">27</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>朱越洲</author><author>张月皎</author><author>李剑锋</author><author>任斌</author><author>田中群</author></authors></contributors><auth-address>厦门大学化学化工学院;</auth-address><titles><title>表面增强拉曼光谱:应用和发展</title><secondary-title>应用化学</secondary-title></titles><periodical><full-title>应用化学</full-title></periodical><pages>984-992</pages><volume>35</volume><number>09</number><keywords><keyword>表面增强拉曼光谱</keyword><keyword>针尖增强拉曼光谱</keyword><keyword>壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱</keyword><keyword>表面等离激元共振</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1000-0518</isbn><call-num>22-1128/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。例如，可以利用SERS技术检测水产品中孔雀石绿的残留。1.2SERS技术的现状SERS技术在多个领域展现出了巨大的应用潜力。在生物医学领域，SERS技术被用于检测和分析生物分子、药物、蛋白质等，具有高灵敏度和高选择性，为疾病的早期诊断和治疗提供了有力工具。在环境监测领域，SERS技术能够检测有害物质和污染物，有助于环境质量的改善和保护。目前，SERS技术的主流产品主要包括高性能的SERS基底与配套的光谱仪套件。其中，SERS基底作为实现SERS增强效应的核心部件，其设计与制造至关重要。它通常集成了激光器、光学系统以及光谱仪等关键组件，通过利用表面等离子体共振效应，实现对样品拉曼信号的显著增强。而针对不同的应用领域，如生物医学或环境监测，这些套件往往需要进行专门的优化与设计，以满足特定场景下的检测需求。然而，SERS技术也面临着一些挑战和限制。尽管SERS技术已经十分成熟，但用作光学平台的纳米颗粒的SERS效率低，导致获取时间长，这限制了SERS在化学成像等领域的应用。此外，SERS技术对本征散射截面较小或与金属表面亲和力弱的目标分子检测灵敏度低，以及外界环境基质/杂质干扰等问题也是亟待解决的技术难题。针对这些挑战，科研人员正在积极探索解决方案。例如，通过优化SERS基底的设计和制备，提高SERS效率；利用抗原-抗体、适配体修饰等方法将目标分子捕获到金属表面，以提高检测灵敏度；采用选择性分离、富集浓缩和目标分子的空间定位等策略来消除复杂基质的干扰。1.3食品安全现状及面临的问题1.3.1食品添加剂的使用现状及问题营养强化剂是一种食品添加剂，其作用是将某种营养素或食品成分的含量提高到比同类食品更高的水平，以满足不同人群对特殊营养物质的要求。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>焦锡涛</Author><Year>2023</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702451209">5</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>焦锡涛</author><author>胡云</author><author>张二豪</author><author>刘振东</author><author>罗章</author><author>李梁</author></authors></contributors><auth-address>西藏农牧学院食品科学学院;高原特色农产品研发中心;西藏特色农牧资源研发协同创新中心;</auth-address><titles><title>基于《中华人民共和国食品安全法》的食品添加剂现状研究</title><secondary-title>食品工业</secondary-title></titles><periodical><full-title>食品工业</full-title></periodical><pages>334-337</pages><volume>44</volume><number>11</number><keywords><keyword>食品工业</keyword><keyword>食品添加剂</keyword><keyword>食品安全法</keyword><keyword>国内外现状</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><isbn>1004-471X</isbn><call-num>31-1532/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]尽管我国已出台一系列相关法律法规，但仍有部分商家为追求利益使用非法添加剂，以提高产品在常规检测下的数据，虚假宣传产品价值以抬高产品价格。例如三鹿奶粉事件，在常规检测中添加三聚氰胺以提高蛋白质检测值。同样也有部分商家非法销售食品添加剂，如在2022年4月，青岛汇泽源食品配料有限公司因生产标签不符合食品安全标准的食品添加剂被处罚，消费者发现其产品透骨增香酚AAA，为食品添加剂类，但未标注零售字样，不符GB29924—2013《食品安全国家标准食品添加剂标识通则》ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吴昊</Author><Year>2013</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702452055">6</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吴昊</author></authors></contributors><titles><title>卫计委发布75项新食品安全国家标准</title><secondary-title>农产品加工</secondary-title></titles><periodical><full-title>农产品加工</full-title></periodical><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]的规定。1.3.2三聚氰胺的危害三聚氰胺(2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪，C3H6N6)，俗称蛋白精、密胺，作为一种特定的三嗪类含氮杂环有机化合物，其在工业应用中发挥着关键作用。主要用于合成三聚氰胺-甲醛树脂，这一树脂材料在多个领域均有广泛应用，诸如生产日常使用的轻质餐具、皮革生产中的填充物、造纸工业中作为湿增强剂和抗水剂、粘合剂和纺织品改性药剂等。然而，这种化合物对人体是有害的，它的危害主要包括以下方面：皮肤过敏：三聚氰胺，作为一种化学物质，具有不容忽视的刺激性和腐蚀性特性。当人体皮肤与其接触时，可能会引发一系列不良反应，如皮肤红肿、疼痛难耐以及瘙痒不止。更为严重的是，长期或大量接触可能导致皮肤出现溃疡甚至坏死。胃肠道不适：过量使用三聚氰胺会刺激胃肠道，引起恶心、呕吐、腹泻、腹痛等症状，严重时甚至可能导致胃肠道出血。肝脏损伤：三聚氰胺需要通过肝脏进行代谢，长期接触可能导致肝脏受损，严重时可能导致肝功能衰竭。此外，世界卫生组织国际癌症研究机构在2017年10月27日初步将三聚氰胺整理为2B类致癌物。在现实生活中，三聚氰胺还被不法商家用于食品工业造假，如2007年的美国宠物食品污染事件和2008年的中国三鹿奶粉事件。商家利用三聚氰胺与蛋白质相比含有更多的氮原子的特点，将其添加在食品中，以此提高食品在常规食品检测凯氏定氮法中蛋白质含量的数据,欺骗危害消费者正当权益。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魏帅</Author><Year>2009</Year><RecNum>30</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>30</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713335558">30</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魏帅</author><author>魏益民</author><author>郭波莉</author></authors></contributors><auth-address>中国农业科学院农产品加工研究所;</auth-address><titles><title>三聚氰胺风险评估结果简介</title><secondary-title>食品科技</secondary-title></titles><periodical><full-title>食品科技</full-title></periodical><pages>252-255</pages><volume>34</volume><number>09</number><keywords><keyword>三聚氰胺</keyword><keyword>食品</keyword><keyword>食品安全</keyword><keyword>风险评估</keyword><keyword>风险管理</keyword></keywords><dates><year>2009</year></dates><isbn>1005-9989</isbn><call-num>11-3511/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]此外，三聚氰胺工厂也发生过一些事故。例如，熔盐炉管烧穿、机器叶轮磨损、熔融尿素喷出造成人员烫伤，以及反应器内窒息造成人员死亡等。1.4.三聚氰胺检测技术现状目前市面上常见的乳及乳制品中三聚氰胺的分析方法有液相色谱法、气相色谱法、液质联用法、气质联用法、酶联免疫法等，这些方法通常具有较高的灵敏性和广泛的适用性的特点；根据分析时间的长短又可分为快速检测方法和常规检测方法。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谈甜甜</Author><Year>2012</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="fwevwx998p529zedswuv2zrypxrrvtprrxrw"timestamp="1712584775">7</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>谈甜甜</author><author>朱双良</author><author>田憬若</author><author>孙惜时</author><author>任娇</author></authors></contributors><titles><title>乳及乳制品中三聚氰胺检测方法的研究进展</title><secondary-title>乳业科学与技术</secondary-title></titles><pages>4</pages><number>5</number><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]色谱检测方法通常都是有着高选择性和灵敏度的仪器分析方法如：液相色谱法与气相色谱法。同时这些检测方法十分依赖于样品的预处理过程，只适用于对三聚氰胺进行定性和精密定量分析，难以检测其类似物或衍生物，这会造成检测结果偏低的现象。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>谈甜甜</Author><Year>2012</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702452767">7</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>谈甜甜</author><author>朱双良</author><author>田憬若</author><author>孙惜时</author><author>任娇</author></authors></contributors><titles><title>乳及乳制品中三聚氰胺检测方法的研究进展</title><secondary-title>乳业科学与技术</secondary-title></titles><periodical><full-title>乳业科学与技术</full-title></periodical><pages>4</pages><number>5</number><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]三聚氰胺酶联免疫法与色谱法具有相同的问题，无法检测其类似物与衍生物。目前也没用相关研究可以证明三聚氰胺与其类似物之间有无协同效应。光谱分析测定三聚氰胺，如近红外光谱分析技术，主要是利用其特征基团对光谱的吸收，对吸收波长与吸收强度进行分析，以此检测样品中三聚氰胺的有无与浓度。但其需要大量数据进行建模，而乳液成分十分复杂，会严重影响一级光谱的的分析，不适用于快速检测三聚氰胺。而同属于光谱法中的SERS技术依赖其对物质分子指纹的准确鉴定，可以很好的排除其他杂质的干扰。1.5研究目的及意义三聚氰胺常见在工业上用于生产三聚氰胺-甲醛树脂，但不被允许在食品生产加工过程中使用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Ishiwata</Author><Year>1986</Year><RecNum>8</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702453097">8</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Ishiwata,Hajimu</author><author>Inoue,Takiko</author><author>Tanimura,Akio</author></authors></contributors><titles><title>Migrationofmelamineandformaldehydefromtablewaremadeofmelamineresin</title><secondary-title>FoodAdditives&Contaminants</secondary-title></titles><periodical><full-title>FoodAdditives&Contaminants</full-title></periodical><pages>63-69</pages><volume>3</volume><number>1</number><dates><year>1986</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。然而，近年来发现，三聚氰胺被非法添加到动物饲料和婴幼儿配方乳粉中以提高氮的含量，从而获得高的蛋白质测定值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Brown</Author><Year>2007</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702453153">9</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Brown,CathyA.</author><author>Jeong,KyuShik</author><author>Poppenga,RobertH</author><author>Puschner,Birgit</author><author>Miller,DorisM.</author><author>Ellis,AngelaE.</author><author>Kang,KyungIl</author><author>Sum,Steffen</author><author>Cistola,AlexisM.</author><author>Brown,ScottA.</author></authors></contributors><titles><title>Outbreaksofrenalfailureassociatedwithmelamineandcyanuricacidindogsandcatsin2004and2007</title><secondary-title>SAGEPublications</secondary-title></titles><periodical><full-title>SAGEPublications</full-title></periodical><number>5</number><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]。SERS技术对于三聚氰胺的检测利用拉曼散射的三个特点（1、每一个物质都有自己的特征拉曼光谱，可以用来表征这一物质；2、每个物质的拉曼位移仅与自身结构能级相关；3、拉曼谱线线宽较窄）对其进行准确的定性检测，解决三聚氰胺的检测问题，保障我国乳制品的安全。本论文以花状TiO2/Ag纳米微球为基底，通过过滤的方法将其与滤纸复合，获得柔性SERS基底，并将其应用于三聚氰胺的检测，在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。二、实验材料与表征方法2.1前言银纳米颗粒是一种常见较为有效的催化剂和抗菌材料，本实验将借鉴文献ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王斌</Author><Year>2015</Year><RecNum>28</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>28</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713263472">28</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王斌</author></authors><tertiary-authors><author>张莉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>Ag纳米复合材料的制备及应用</title></titles><keywords><keyword>花状二氧化钛/银</keyword><keyword>石墨烯/银</keyword><keyword>二氧化硅/银</keyword><keyword>银纳米线</keyword><keyword>银纳米立方体</keyword><keyword>抗菌</keyword><keyword>光催化</keyword><keyword>表面增强拉曼光谱</keyword><keyword>对氧磷</keyword><keyword>福美双</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>安徽理工大学</publisher><work-type>硕士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[13]与文献ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>杨伟业</Author><Year>2023</Year><RecNum>26</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>26</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713262121">26</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>杨伟业</author></authors><tertiary-authors><author>刘应开,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>Ag纳米颗粒/多形貌TiO2的制备及其SERS性能研究</title></titles><keywords><keyword>表面增强拉曼光谱</keyword><keyword>贵金属Ag</keyword><keyword>TiO2</keyword><keyword>三聚氰胺</keyword><keyword>福美双</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><publisher>云南师范大学</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><electronic-resource-num>10.27459/ki.gynfc.2023.000010</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[14]中的方法制备以花状TiO2微球为载体制备的花状TiO2/Ag复合材料。2.2药品与仪器表2.1实验药品名称纯度生产厂商酪氨酸99%上海麦克林生化科技股份有限公司二水合柠檬酸三钠≥99.0%上海西陇化工有限公司30%过氧化氢≥30.0％上海西陇化工有限公司过氧化钠≥96.0％上海西陇化工有限公司硝酸银≥99.8％上海西陇化工有限公司L(+)-抗坏血酸≥99.7％上海西陇化工有限公司氢氧化钾≥85.0％上海西陇化工有限公司三聚氰胺≥99.0％上海麦克林生化科技有限公司表2.2实验仪器名称型号供应商电热恒温鼓风干燥箱DHG-9306A上海善志仪器设备有限公司热场发射扫描电子显微镜JSM-7100FJEOLLtd.超声波清洗机KM-23C广州市科洁盟实验仪器有限公司超纯水机YK—RO—B舒活泉(厦门)人工智能有限公司马弗炉KSM-6-12A上海力辰邦西仪器科技有限公司激光显微拉曼光谱仪inViaRenishaw电子天平PTT-A+100华志（福建）电子科技有限公司反应釜(聚四氟乙烯内衬)磁力搅拌器2.3表征检测原理及仪器本次实验我们将使用热场发射扫描电子显微镜对所制样品进行表征分析（以下简称SEM）。其原理主要基于电子与物质之间的相互作用。其工作过程可以大致分为以下几个步骤：电子源发射：热场发射扫描电子显微镜使用热阴极作为电子源。通过加热热阴极，电子从阴极表面解离出来，形成电子束。电子光学：电子束经过一系列的电子透镜系统进行聚焦和控制。这些透镜系统能够将电子束汇聚成非常细小的束斑，从而提高图像的分辨率。扫描线圈负责将电子束以光栅式扫描方式照射到样品表面上。样品交互作用：当电子束与样品表面接触时，会发生一系列的交互作用，包括散射、吸收和二次电子发射等。这些交互作用使得我们可以获取到样品的表面形貌和结构信息。信号检测与处理：SEM配备了各种探测器，用于检测并记录电子与样品交互作用的信号。例如，二次电子探测器可以获取物体表面形貌信息，而反射电子探测器则可以用于获取样品的晶体结构和成分信息。这些信号经过放大、整理和数字化处理后，就可以生成高质量的图像。热场发射扫描电子显微镜具有电子束斑小、高分辨率、稳定性好等特点，使其成为材料研究分析中一双亮丽的“眼睛”。其工作原理的核心在于利用电子与物质之间的相互作用，通过电子束的扫描和信号的检测与处理，实现对样品表面形貌和结构的微观成像。本实验使用的JSM-7100F的1.2nm的超高分辨率得益于高强力电子光学系统，可以轻易地进行纳米结构的研究。JSM-7100F的物镜不会在试验样品周围形成磁场，这使得观察和分析磁性样品时不受制约，在短时间内可以用大探针电流来获得高精度的分析图像。图3.1三、基底的制备与表征及其SERS性能的测试3.1花状TiO2微球的制备取适量的Ti粉，准确称取为50毫克，随后将其投入到NaOH（70mL，10M）溶液中保证反应的充分进行。接下来，为了确保反应物能够均匀混合，我们采用了超声震荡的方式。每经过四分钟的超声震荡，便使用玻璃棒对溶液进行一分钟的搅拌，这一步骤既能够避免Ti粉沉积在容器底部，又能够促进反应的均匀进行。整个超声震荡与搅拌的过程持续了约30分钟，确保了Ti粉与NaOH溶液的充分反应。随后，量取0.5mL的浓度为30％的H2O2溶液，加入后，进行超声震荡，并时不时地用玻璃棒进行搅拌。10分钟后，将混合好的溶液转移到了一个容量为100mL的聚四氟乙烯反应釜中,温度设定为180°C，进行1小时锻烧。锻烧结束后，反应釜自然冷却至室温。使用清水对产物进行了9到10次的洗涤，去除残留的NaOH和H2O2。在用乙醇对产物进行了两次洗涤，以进一步去除可能存在的杂质。完成洗涤后，将产物放入了60°C真空干燥箱中，干燥过夜。彻底去除产物中的水分和乙醇，确保其干燥纯净。最后，将干燥好的白色粉末放入马弗炉中，设定温度为750°C，煅烧2小时。结束后，自然冷却至室温。至此，整个实验过程结束，产物待用。3.2花状TiO2/Ag纳米微球的制备称取30毫克的花状TiO2粉末，将其置于30mL去离子水中。随后，启动超声机，让粉末在超声波的作用下均匀分散于水中，同时辅以搅拌，确保TiO2粉末能够充分溶解，持续半小时后，将溶液转移至一个容量为100毫升的锥形瓶中。在室温35°C的条件下，持续搅拌30分钟，使其混合均匀。量取10毫升新鲜制备的络氨酸溶液，其浓度为10-3M，加入到锥形瓶中。油浴（或水浴）加热至沸腾，以此去除多余的L-络氨酸。当加热完成后，加入10mL的AgNO3（10-3M）溶液，可以观测到溶液的颜色逐渐变成了浅淡黄色(如果溶液颜色没有发生变化，可以考虑加入一些辅助试剂。首先，加入1毫升的柠檬酸钠（10-3M）溶液，接着再加入1毫升的L-抗坏血酸(10-3M)溶液)。继续搅拌10分钟后，我们再次向溶液中加入1毫升的KOH溶液，其浓度为10-3M。随后，进行1小时的加热。在这个过程中，我们观察到溶液的颜色从浅淡黄色逐渐变成了灰黑色，这是反应进行到另一阶段的明显标志。加热结束后，让溶液自然冷却。接着，使用清水对产物进行数次洗涤，以去除多余的溶液和杂质。再用乙醇进行洗涤，以进一步提纯产物。完成洗涤后，将滤纸连同产物一起放入60°C的真空干燥箱中，干燥过夜。产物待用。3.3检测样品的制备将附着有花状TiO2/Ag纳米微球的滤纸准备成长宽为5mm的柔性基底。在使用前，滴加4-5滴待测浓度的三聚氰胺乙醇溶液（待上一滴干燥后，再滴加下一滴）。3.4基底的表征首先对实验样品的SEM图像进行分析，以确保实验成功制备出所需的样品。花状TiO2/Ag的SEM图像如图3.2所示。我们可以由图3.2（a）与3.2（b）中看到所制备的TiO2/Ag具有花状结构，相貌均一的特点。经过计算，花状TiO2/Ag的尺寸在0.9-1.7μm之间，AgNPS附着在花状TiO2的表面，粒径范围大约在20-60nm之间。图3.2（a）花状TiO2/Ag10.00mm×10000扫描电镜图（b）花状TiO2/Ag10.00mm×20000扫描电镜图（c）花状TiO2/Ag10.00mm×45000扫描电镜图柔性花状TiO2/Ag的SEM图像如图3.3所示。其表征与一般花状TiO2/Ag相同，AgNPS附着在花状TiO2的表面，花状TiO2主要分布在柔性材料的纤维处，其分布不均，具有随机性，在SERS检测时可能会对信号的强弱以及重现性造成影响。图3.3(a)柔性花状TiO2/Ag10.00mm×1000扫描电镜图(b)柔性花状TiO2/Ag10.00mm×2000扫描电镜图(c)柔性花状TiO2/Ag10.00mm×10000扫描电镜图(d)柔性花状TiO2/Ag10.00mm×40000扫描电镜图3.5SERS性能的测试为了验证柔性花状TiO2/Ag基底的SERS增强效应，实验对比了三聚氰胺在有无增强基底下的拉曼光谱，根据图3.4，红色曲线为柔性花状TiO2/Ag基底下的拉曼光谱，黑色曲线为没有增强基底信号，可以发现柔性花状TiO2/Ag基底对拉曼光谱的增强效果是十分显著的。图3.4三聚氰胺在有无基底下的拉曼光谱检测图3.5（a）是以柔性花状TiO2/Ag基底对三聚氰胺的灵敏度检测，其实验最低检测浓度可以达到10-9M。在图3.5（a）三聚氰胺的SERS谱中，870cm-1特征峰对应三嗪环面内的呼吸振动，特征峰675cm-1来源于三嗪环的面内变形和氨基氮原子振动ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2017</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15,16]</style></DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1712579226">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,Rong</author><author>Xu,Yi</author><author>Wang,Renjie</author><author>Wang,Chunyan</author><author>Zhao,Huazhou</author><author>Zheng,Xiangquan</author><author>Liao,Xing</author><author>Cheng,Li</author></authors></contributors><titles><title>AmicrofluidicchipbasedonanITOsupportmodifiedwithAg-AunanocompositesforSERSbaseddeterminationofmelamine</title><secondary-title>MicrochimicaActa</secondary-title></titles><periodical><full-title>MicrochimicaActa</full-title></periodical><pages>1-9</pages><volume>184</volume><number>1</number><dates><year>2017</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Li</Author><Year>2017</Year><RecNum>18</RecNum><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1712579285">18</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Li,Dan</author><author>Lv,DiY</author><author>Zhu,QingX</author><author>Li,Hao</author><author>Chen,Hui</author><author>Wu,MianM</author><author>Chai,YiF</author><author>Lu,Feng</author></authors></contributors><titles><title>Chromatographicseparationanddetectionofcontaminantsfromwholemilkpowderusingachitosan-modifiedsilvernanoparticlessurface-enhancedRamanscatteringdevice</title><secondary-title>FoodChemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>FoodChemistry</full-title></periodical><pages>382-389</pages><volume>224</volume><number>JUN.1</number><dates><year>2017</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15,16]。图3.5（a）显示随着三聚氰胺浓度的降低，特征峰的强度也逐渐降低，选取675cm-1特征峰的强度与浓度进行拟合（图3.5（b）），结果显示柔性花状TiO2/Ag基底对675cm-1特征峰的峰强都与浓度具有良好的线性关系，求得柔性花状TiO2/Ag基底的对三聚氰胺的检测极限（LOD）为1.256×10-13M，其值远低于国家检测要求（约10-6M）。（630cm-1是TiO2的特征峰）。（b）图3.5（a）不同浓度三聚氰胺在柔性花状TiO2/Ag基底上的SERS光谱（b）675cm-1特征峰在柔性花状TiO2/Ag基底上的线性拟合图将其他基底对三聚氰胺的极限检测浓度与柔性花状TiO2/Ag基底对三聚氰胺的极限检测浓度做对比（表3.1）。表明柔性花状TiO2/Ag基底能以超低的检测极限LOD（M）对于三聚氰胺进行检测，且远远低于国家标准，在现实食品中非法添加三聚氰胺的检测具有良好的实际应用前景。表3.1不同SERS基底对三聚氰胺的检测极限（LOD（M））SERSsubstrate LOD(M) ReferenceAgNPSsandwich 10-9[17]Boel-likeAu/AgAlloy 10-9 [18]Ag-Auhollownanocubes 10-8[19]Ag-Aumicrofluidicchip 10-8 [20]Ag-AuNDs 5.0×10-8 [21]Hydrogelmicropellet 10-8 [22]柔性花状TiO2/Ag基底 1.256×10-13ThisWork四、总结三聚氰胺虽然在一些工业领域有应用价值，但其对人体的潜在危害不容忽视。在使用和处理三聚氰胺时，必须采取适当的安全措施，以保护人类和环境的安全。基于SERS技术，我们选择柔性花状TiO2/Ag基底对三聚氰胺进行检测。其检测结果很好的展示出了SERS技术的灵敏性和准确性，具有超低的极限检测浓度，其最低检测极限为1.256×10-13M，在食品安全检测领域具有广阔的应用前景。参考文献[1] RAMAN,C.V.Thecolourofthesea[J].Nature,1921,108(2716):367.[2] 姜腾.Ⅲ族氮化物半导体材料拉曼光谱特性的应用研究[D];西安电子科技大学,2016.[3] FLEISCHMANNM,HENDRAPJ,MCQUILLANAJ.Ramanspectraofpyridineadsorbedatasilverelectrode[J].ChemicalPhysicsLetters,1974,26.[4] JEANMAIREDL,DUYNERPV.SurfaceRamanSpectroelectrochemistry:PartI.