Au/UiO-66(NH2)功能性SERS传感器的制备及在色素检测中的应用

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食品着色剂可以改善食品外观、刺激食欲,在食品加工中具有重要作用,但过量摄入合成色素对消费者的身体健康有一定危害。为了保护消费者的健康安全,防止色素的违法滥用,研究学者已开发了多种分析技术用于鉴别和定量分析食品中色素,如HPLC、LC/MS、TLC、毛细管电泳法等,但这些方法大多耗时费力、步骤繁冗,因此,越来越多的研究致力于建立准确灵敏且快速的方法检测食品中的合成色素。表面增强拉曼散射(SERS)光谱是一种灵敏性高、检测速度快、具有分子特异性指纹图谱的检测新技术,近年来因金属有机骨架(MOFs)材料的发展,融合具有吸附功能的MOFs的SERS基底在食品分析领域受到了一定的关注。本研究将MOFs材料引入SERS基底中,构建了Au/Ui O-66(NH2)功能性SERS传感器,利用MOFs的吸附性能拉近靶分子与等离子体纳米粒子(PNPs)的距离,可以提高SERS增强效果,并将该功能性SERS传感器用于胭脂红和酸性橙II的吸附性SERS检测中。本文的主要研究内容和结果如下:(1)PNPs/Ui O-66(NH2)的制备。使用溶剂热法制备了Ui O-66(NH2),通过共价键合和还原反应在其上分别生长金纳米颗粒(Au NPs)或银纳米颗粒(Ag NPs)构建Au/Ui O-66(NH2)和Ag/Ui O-66(NH2)两种PNPs/MOFs,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对材料进行结构表征。结果表明,合成的Ui O-66(NH2)呈八面体晶体结构、平均粒径为230 nm、结晶性优良、形貌完整且均一;Au NPs或Ag NPs成功附着到Ui O-66(NH2)上,且未破坏Ui O-66(NH2)的晶体结构。此外,通过比较两种PNPs/MOFs材料对色素胭脂红和酸性橙II的吸附性能和SERS增强效果,发现Au/Ui O-66(NH2)对两种色素有优异的吸附能力和SERS增强效果,且无拉曼背景峰,更适合作为本研究的功能性SERS传感器用于两种色素的吸附检测研究。(2)Au/Ui O-66(NH2)的合成优化及吸附性能研究。通过调整HAu Cl4浓度,得到六种Au NPs粒径不同的Au/Ui O-66(NH2),并通过SEM、吸附性能测试和SERS活性比较进行表征。结果发现当HAu Cl4浓度为20 m M时,Ui O-66(NH2)上的Au NPs分布较为均匀,平均粒径为33.15 nm,此时对两种色素有较好的吸附能力和最佳的SERS增强效果。进一步对优化的Au/Ui O-66(NH2)的吸附性能进行研究,发现色素溶液p H对吸附率的影响不大,Au/Ui O-66(NH2)浓度和孵育时间对吸附率有较大影响,当吸附剂浓度为2 mg/m L时吸附率已达最大,孵育时间为120 min时吸附已趋于平衡。(3)胭脂红和酸性橙II的SERS检测研究。在最优检测条件下(基底与色素的孵育时间、混合比例,基底的浓度以及混合液浓缩倍数),Au/Ui O-66(NH2)功能性SERS传感器分别实现了对胭脂红和酸性橙II的定量检测,胭脂红和酸性橙II的定量曲线分别为y=712.478x+330.404和y=192.923x+290.724,线性范围分别为1-50 mg/L和0.1-50 mg/L,检测限分别为0.4015 mg/L和0.0546 mg/L。随后探索了利用该SERS传感器检测食品样品中两种色素的方法,回收率为82.92%-109.63%,结果与HPLC吻合,证明了该功能性SERS传感器在食品检测中实际应用的可能性。
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