双金属Au@Ag纳米立方体的制备及对食品污染物的快速检测

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目的:食品安全问题近年来频发,食品污染物通过各种途径进入人体,造成不可估计的损害。然而,对于食品污染物的检测,现如今多为使用传统的检测方法,这些检测方式有着样品前处理过程繁琐,耗费时间长的缺陷,传统检测方法无法适应食品现场快速检测的要求。因此,寻找简单快捷的新型检测技术是保障食品安全的重要手段。表面增强拉曼光谱(Surface enhanced Raman scattering,SERS)作为一种新兴的检测手段,吸引了很多研究者的目光现已被广泛应用于化学,生物,医疗等领域。SERS技术因其灵敏度高,样品无需前处理且消耗少,操作简单,检测速度快,可现场检测的优势逐渐在检测领域暂露头角。本实验通过合成五种尺寸的银包覆金颗粒的纳米方块(Au Ns@Ag NCs),并研究不同尺寸的Au Ns@Ag NCs对食品污染物的拉曼检测能力,挑选出检测能力最佳的拉曼基底,并通过液-液界面自组装的方法,将最优尺寸的Au Ns@Ag NCs组装成热点密度大,均一致密的单层活性SERS纳米膜。并利用活性拉曼平台对邻苯二甲酸酯类(PAEs)塑化剂,孔雀石绿(MG),噻苯咪唑(TBZ)这三类食品污染物进行实际应用考察。方法:本实验使用两步法合成粒径大小不同的Au Ns@Ag NCs。首先使用种子介导法合成Au颗粒(Au NS),后继反应通过调控加入Au NS的量,从而生长不同出银壳厚度的纳米立方体。随后挑选出最佳基底,并且使用探针分子结晶紫(CV)对该基底进行灵敏度与重复性的考核。然后将最优大小的Au Ns@Ag NCs水溶液作为水相,将环己烷作为油相,乙醇作为诱导剂,在水相-油相两相液面之间诱导出大面积的单层纳米膜。同样使用CV作为探针分子,对该基底膜进行灵敏度与重复性的考察。通过外加法将邻苯二甲酸丁基苄酯(BBP)加入市售的酒水中,利用该基底膜对酒水中的BBP进行检测。最后,再使用该基底膜对鱼塘水中MG进行检测,橘皮上的TBZ进行检测。结果:1.利用两步法合成出五种尺寸大小的Au Ns@Ag NCs,其形貌规则,大小均一,排列紧密。五种尺寸的纳米方块边长分别约为23nm,30nm,39nm,50nm,61nm。通过比较五种大小的Au Ns@Ag NCs对探针分子CV(10-6mol/L)的拉曼信号强度,优选出大小为50nm的Au Ns@Ag NCs基底能实现最强的拉曼信号增强效果。随后五种边长大小的Au Ns@Ag NCs对BBP(10-5mol/L),MG(10-6mol/L),TBZ(10-7mol/L)进行检测,得出的结果一致。并且使用FDTD模拟,结果同样表明50nm大小时,拥有最大的电磁场。因此,本实验选择50nm大小的Au Ns@Ag NCs作为最优基底。2.将边长50nm的Au Ns@Ag NCs最优基底用液液界面自组装法组装成纳米膜。将该基底膜进行表征,表征数据表明:纳米方块排列紧密,分布整齐,尺寸均匀。这为后续的实际应用检测提供了大量且稳定的热点。从实验结果来看,Au Ns@Ag NCs纳米膜对CV的灵敏度可达10-9mol/L,重复性RSD为8.447%,拥有优秀的灵敏度与重复性。最后,利用该纳米膜基底分别对鱼塘水中的MG与橘皮表面的TBZ,酒水中的BBP进行检测。结果表明,对于鱼塘水中的MG检测限可达10-10mol/L,对橘皮表面的TBZ的检测限可达10-10mol/L,对于酒水中的BBP,可以检测出最低中毒剂量1.3mg/kg。表明该基底膜,具有对食品污染物的实际检测应用能力,对食品污染物的快速检测具有巨大潜力。结论:本实验合成出一种双金属核壳结构材料,同时具备了两种单金属的性质,表现出优异的SERS性能。并可通过调控金纳米球的量调控尺寸大小,从而优选出最佳尺寸基底对食品污染物进行检测。通过液-液界面自组装出的单层纳米膜,拥有大面积均一稳定的热点,不仅提升了对污染物的检测能力,还有方便携带,快速灵敏检测的实际应用前景。
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