基于复合基底增强拉曼光谱检测常见防腐剂的研究

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饮食是人类最基本的需求之一,食物的保鲜一直是人类历史发展中的重要问题。随着科技水平的发展、进步,各种防腐剂凭借其简单、高效、经济的特性大受食品工业的青睐并被广泛使用。但为了降低成本、掩盖低劣质量、延长保质期,可能存在向食物中添加非法的防腐剂的现象,危害消费者的身体健康,比如硫氰酸钠就是一种主要的牛奶非法防腐剂。而水杨酸、苯甲酸等使用广泛的防腐剂,尽管被认为是安全的,但如果在食品中过量使用,也会对健康造成损害,具有潜在的风险。所以研制一种准确灵敏的检测方法对防腐剂的使用进行监管是很有必要的。硫氰酸钠、水杨酸、苯甲酸等防腐剂的拉曼信号很弱,难以在低浓度下检测到信号,因此需通过SERS技术,增强待测物的拉曼信号,才能够实现检测。为此需要针对检测物设计并制备合适的SERS基底,而将传统的纳米金银基底与其他材料以复合的方式制备复合型SERS基底,性能会更加优异,更加适合复杂的检测环境,具有将其应用于防腐剂检测的价值。本文基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术,设计并制备了三种复合SERS基底,分别实现对三种防腐剂硫氰酸钠、水杨酸和苯甲酸的定量检测。1.基于银和金属-有机框架材料的复合SERS基底检测硫氰酸钠。在本研究中,依靠MIL-101(Fe)材料优异的孔隙率、大比表面积的特性,能够有效地吸附硫氰酸钠分子,并使得硫氰酸钠保持在表面纳米银的热点区域中,从而极大地增强硫氰酸钠的SERS信号。在实验中,分别在水和牛奶环境中对硫氰酸钠进行检测,计算出在水和牛奶中的检测限分别为18.5μg/L和96.3μg/L,结果表明该方法可以准确灵敏地检测牛奶中的硫氰酸钠。2.基于半胱胺功能化银的复合SERS基底检测水杨酸。在本工作中,利用半胱胺巯基端和银的强结合作用,合成半胱胺修饰功能化的纳米银作为SERS基底,半胱胺的游离氨基端带正电荷,能够捕获水杨酸分子到纳米银的热点区域中,提高了基底对水杨酸SERS信号的增强作用。分别在水和碳酸饮料环境中对水杨酸进行SERS检测,在水和饮料中检测限分别为24.69和751.38μg/L,说明该方法检测能力强、准确性良好。3.基于银和聚乙烯吡咯烷酮的复合SERS基底检测苯甲酸。本工作提出了一种采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)涂覆的纳米银为SERS基底的苯甲酸检测方法。PVP通过吡咯烷酮环和纳米银表面的结合在纳米银颗粒外形成包覆的结构,包覆的PVP层既可以作为表面稳定剂防止纳米银的聚集,也可以将苯甲酸分子捕获到纳米银的热点区域,从而增强其SERS信号。对水中的苯甲酸进行了SERS测试,在低浓度下线性关系良好,检测限低至115μg/L,远低于国家标准。本研究通过合成三种复合SERS基底,建立了基于SERS技术的防腐剂检测方法,成功实现了对三种防腐剂的浓度检测,拓展了SERS技术在食品检测领域内的应用范围,为有效监控防腐剂安全提供了技术支持。
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