一种具有SERS效应的复合物及其制备方法和应用

一种具有sers效应的复合物及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于材料领域，具体涉及一种具有sers效应的复合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.表面增强拉曼散射(sers)是一种基于分子特征指纹图谱的光谱检测技术。sers以其快速、方便、无损，灵敏度好等优势，广泛应用于食品安全、环境监测、医药分析和反应监控等诸多领域。分子的拉曼信号能够在sers基底上大大增强，因此，高性能sers基底是sers应用的关键。贵金属溶胶基底是目前较为常用的sers基底，制备简单，成本低廉，尺寸可控，但存在易团聚和聚沉，稳定性和分散性均较差，富集性较弱等不足。同时，实际样品基质成分复杂，基质干扰严重，直接影响实际样品中目标分子的sers检测。因此，开发高性能的sers基底是提高sers分析灵敏度和准确度的有效途径。
3.6-苄基腺嘌呤作为一种植物生长调节剂，在绿豆芽、黄豆芽、青豆芽、苜蓿芽、香椿芽等蔬菜瓜果中应用较多，有助于细胞分裂，缩短生长周期，增加产量和改善外观。然而，过多添加被人体食用会造成眼睛、肺部等器官损害，危害人体健康。目前，6-苄基腺嘌呤检测主要以液相色谱方法为主，但耗时较长，且前处理过程较繁琐。因此，建立一种快速、准确、高效的6-苄基腺嘌呤定量分析方法对食品安全具有重要意义。
4.二硫化铼(res2)属于过渡金属硫族化合物，具有低对称的扭曲八面体晶体结构，弱层间耦合作用，各向异性，独特的带隙结构和良好的电子转移性能，广泛用于光学，光电子学等领域。独特的带隙结构和电子性能也让res2具备优良的化学增强性能。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种具有sers效应的复合物。
6.本发明的目的之二在于提供一种具有sers效应的复合物的制备方法。
7.本发明的目的之三在于提供一种复合柔性sers基底。
8.本发明的目的之四在于提供一种具有sers效应的复合物在检测农药残留中的应用。
9.本发明的目的之五在于提供一种检测蔬果中6-苄基腺嘌呤的方法。
10.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
11.本发明的第一个方面在于提供一种具有sers效应的复合物，所述复合物包括res2材料、聚多巴胺层和贵金属纳米粒子；所述res2材料表面包覆有聚多巴胺层；所述聚多巴胺层带有正电荷；所述贵金属纳米粒子吸附在聚多巴胺层上。
12.优选地，所述贵金属纳米粒子通过静电吸附在聚多巴胺层上。贵金属纳米粒子带负电，聚多巴胺层带正电荷，贵金属纳米粒子和聚多巴胺层通过静电作用吸附在聚多巴胺层上。
13.优选地，所述聚多巴胺层是通过阳离子聚电解质改性后具有正电荷。
14.本发明中的聚多巴胺是聚合物，含有氨基等功能基团，能增强对贵金属纳米粒子的吸附作用。当通过阳离子聚电解质对聚多巴胺进行电荷改性后，使聚多巴胺带有正电荷，可以进一步提高对带负电荷的贵金属纳米粒子的静电吸附作用，使更多的贵金属纳米粒子吸附在聚多巴胺层表面。而若直接将res2材料与贵金属纳米粒子结合，则由于res2属于过渡金属硫化物，贵金属纳米粒子在其表面的亲和力弱，不易结合在表面，res2材料表面将无法负载大量的贵金属纳米粒子。
15.优选地，所述阳离子聚电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
16.本发明中的阳离子聚电解质的主要作用是对res2材料表面包覆的聚多巴胺层进行带电改性，使其表面带正电，进而使带负电的贵金属纳米粒子可通过静电作用组装在聚多巴胺层表面。
17.优选地，所述res2材料是由片状res2组装而成的蜂窝状材料。片状res2彼此相互堆叠和交叉，从而组装成蜂窝状材料，蜂窝状材料具有较大的孔隙和比表面积，当蜂窝状材料表面形成聚多巴胺层后，可以增大对贵金属纳米粒子的吸附量，进而增强sers效应。
18.优选地，所述聚多巴胺层形成于片状res2表面。
19.优选地，所述res2材料、聚多巴胺层和贵金属纳米粒子的质量比为1:(0.01～0.1):(0.1～1.0)。
20.优选地，所述res2材料、聚多巴胺层的质量比为1：(0.02～0.08)；进一步优选地，所述res2材料、聚多巴胺层的质量比为1：(0.02～0.07)；再进一步优选地，所述res2材料、聚多巴胺层的质量比为1：(0.025～0.05)。
21.优选地，所述res2材料、贵金属纳米粒子的质量比为1:(0.2～0.8)；进一步优选地，所述res2材料、贵金属纳米粒子的质量比为1:(0.3～0.6)；再进一步优选地，所述res2材料、贵金属纳米粒子的质量比为1:(0.36～0.48)。
22.优选地，所述贵金属纳米粒子包括银纳米粒子、金纳米粒子中的至少一种；进一步优选地，所述贵金属纳米粒子为银纳米粒子。
23.优选地，所述贵金属纳米粒子的粒径为10～40nm；进一步优选地，所述贵金属纳米粒子的粒径为20～30nm。
24.本发明的第二个方面在于提供本发明的第一个方面提供的具有sers效应的复合物的制备方法，包括以下步骤：
25.s1：将res2材料与多巴胺混合反应，得到表面包覆有聚多巴胺层的res2材料；
26.s2：将所述表面包覆有聚多巴胺层的res2材料与阳离子聚电解质、贵金属纳米粒子混合反应，制得所述具有sers效应的复合物。
27.优选地，所述步骤s2中，混合反应是在阳离子聚电解质存在下进行。
28.优选地，所述阳离子聚电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；进一步优选地，所述阳离子聚电解质为聚二烯丙基二甲基氯化铵。
29.优选地，所述聚二烯丙基二甲基氯化铵配置成聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液使用；进一步优选地，所述聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液的体积分数为1.0～3.0％；再进一步
优选地，所述聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液的体积分数是1.75％。
30.优选地，所述步骤s2中，混合反应时间为4～10h；进一步优选地，所述步骤s2中，混合反应时间为5～8h；再进一步优选地，所述步骤s2中，混合反应时间为6～8h。
31.优选地，所述步骤s2中，混合反应温度为15～35℃；进一步优选地，所述步骤s2中，混合反应温度为25～35℃。
32.优选地，所述res2材料的制备方法包括以下步骤：将盐酸羟胺、高铼酸铵和硫脲混合反应，制得所述res2材料。
33.优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应温度为180～240℃；进一步优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应温度为200～240℃；再进一步优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应温度为220～240℃。
34.优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应时间为20～30h；进一步优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应时间为22～28h；再进一步优选地，所述res2材料的制备方法中，所述混合反应时间为24～26h。
35.优选地，所述res2材料的制备方法中，所述盐酸羟胺、高铼酸铵和硫脲的质量比为1:(1～2):(1～3)。
36.优选地，所述盐酸羟胺、高铼酸铵的质量比为1:(1～1.5)；进一步优选地，所述盐酸羟胺、高铼酸铵的质量比为1:(1～1.4)；再进一步优选地，所述盐酸羟胺、高铼酸铵的质量比为1:(1～1.3)。
37.优选地，所述盐酸羟胺、硫脲的质量比为1:(1～3)；进一步优选地，所述盐酸羟胺、硫脲的质量比为1:(1～2.5)；再进一步优选地，所述盐酸羟胺、硫脲的质量比为1:(1～1.5)。
38.优选地，所述步骤s1中，混合反应时间为2～6h；进一步优选地，所述步骤s1中，混合反应时间为2～5h；再进一步优选地，所述步骤s1中，混合反应时间为3～4h。
39.优选地，所述步骤s1中，混合反应温度为15～35℃；进一步优选地，所述步骤s1中，混合反应温度为25～35℃。
40.优选地，所述贵金属纳米粒子的制备方法具体为：将贵金属盐、柠檬酸钠、水混合，在100～120℃下反应1～2h，冷却制得所述贵金属纳米粒子。
41.优选地，所述步骤s1中还包括加入tris-hcl缓冲液的步骤。
42.优选地，所述步骤s1中还包括超声混合的步骤。
43.优选地，所述步骤s1中，超声混合时间为20～50min；进一步优选地，所述步骤s1中，超声混合时间为20～40min；再进一步优选地，所述步骤s1中，超声混合时间为20～30min。
44.本发明的第三个方面在于提供一种复合柔性sers基底，包括基体和本发明第一个方面提供的具有sers效应的复合物；所述具有sers效应的复合物负载在基体上。
45.优选地，所述基底包括滤膜、滤纸、硅晶片中的至少一种。
46.优选地，所述滤膜为微孔滤膜。
47.优选地，所述复合柔性sers基底的制备方法为：将所述具有sers效应的复合物浓缩负载在基体表面，得到sers基底。
48.具有sers效应的复合物被浓缩在基体上，贵金属纳米粒子通过静电作用力吸附在
聚多巴胺层上，吸附作用力强，贵金属纳米粒子不易发生团聚、聚沉现象，且贵金属纳米粒子分散性好，富集性强，克服了现有技术中的贵金属溶胶基底易发生团聚和聚沉，分散性较差，富集性较弱的问题。
49.本发明的第四个方面在于提供一种本发明第一个方面提供的具有sers效应的复合物在检测农药残留中的应用。
50.本发明的第五个方面在于提供一种检测蔬果中6-苄基腺嘌呤的方法，将蔬果待测液与本发明第三个方面提供的复合柔性sers基底混合，然后进行sers测试，计算得到蔬果待测液中6-苄基腺嘌呤的含量。
51.优选地，所述方法还包括将不同浓度的6-苄基腺嘌呤标准溶液与所述复合柔性sers基底混合；进行sers测试，获得6-苄基腺嘌呤的特征拉曼位移强度与标准浓度的关系的步骤。
52.优选地，所述方法具体为：将蔬果待测液滴加到本发明第三个方面提供的复合柔性sers基底上，进行sers检测，得到6-苄基腺嘌呤的特征拉曼位移强度，然后根据6-苄基腺嘌呤的特征拉曼位移强度与标准浓度的关系计算得到蔬果待测液中的6-苄基腺嘌呤浓度。
53.优选地，所述6-苄基腺嘌呤标准溶液的浓度为0.065～1.0mg/l。
54.本发明的有益效果是：本发明中的复合物兼具贵金属纳米粒子的电磁增强和res2材料的化学增强，sers信号增强效果显著，且res2材料表层的聚多巴胺层使得该复合物对贵金属纳米粒子具有更强的吸附作用。
55.此外，使用本发明中的复合柔性sers基底对目标分子进行sers检测，由于富集和检测都集中在该基底上，分析速度快，分析效率高，准确度高。本发明中的复合柔性sers基底具有良好的均匀性和重现性，对同等浓度的6-苄基腺嘌呤检测，同一批次该基底在不同位置的测试结果和不同批次该基底测试结果的相对标准偏差(rsd)均小于10％，且本发明中的复合柔性sers基底放置不同天数后对6-苄基腺嘌呤的检测结果相对标准偏差小于10％。
56.本发明提供的检测蔬果中6-苄基腺嘌呤的方法，具有操作简单、灵敏度高、稳定性好等优点，检出限低至24.4μg/l，在实际样品测定中准确度高，实用性强。
附图说明
57.图1为实施例1中res2的扫描电镜图；
58.图2为实施例1中的res2/pda的扫描电镜图；
59.图3为实施例1中的具有sers效应的复合物的扫描电镜图；
60.图4为实施例1中的复合柔性sers基底的实物图；
61.图5为实施例1、对比例1、对比例2中的基底的sers测试谱图；
62.图6为同一基底上不同位置的sers响应测试图；
63.图7为不同批次基底的sers响应测试图；
64.图8为实施例1中的复合柔性sers基底不同时间的稳定性测试图；
65.图9为不同植物生长调节剂在实施例1中的复合柔性sers基底上的sers测试谱图；
66.图10为不同浓度的6-苄基腺嘌呤标准溶液的sers测试谱图；
67.图11为在1000cm-1
拉曼信号强度下的6-苄基腺嘌呤浓度与拉曼信号强度之间的关
系图；
68.图12为豆芽样品、6-苄基腺嘌呤和加标样品的sers测试谱图。
具体实施方式
69.以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步详细说明，但本发明的实施和保护不限于此。需要指出的是，以下若为有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本技术领域常规试剂、方法和设备。
70.以下实施例及对比例中采用的原料如下：
71.6-苄基腺嘌呤购自：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
72.豆芽、番茄、黄瓜购自：当地市场；
73.表面增强拉曼光谱仪购自：美国deltanu公司；
74.高效液相色谱购自：日本岛津公司。
75.实施例1
76.本例中的复合柔性sers基底，该复合柔性sers基底是由具有sers效应的复合物和尼龙微孔滤膜组成，其中具有sers效应的复合物负载在尼龙微孔滤膜上。所述具有sers效应的复合物中的res2、多巴胺和纳米银的质量比为1:0.05:0.36。
77.本例中的复合柔性sers基底采用以下制备方法制备，包括以下步骤：
78.s1：将18.0mg agno3溶于100.0ml去离子水中，加热至沸腾，迅速加入5.3ml的2.0％(质量分数)柠檬酸钠溶液，在搅拌回流下加热1.5h。然后结束反应，自然冷却至室温得到银纳米溶胶，放置于4℃条件下保存备用。
79.s2：将0.414g盐酸羟胺，0.536g高铼酸铵，0.608g硫脲混合，加入60.0ml去离子水，充分搅拌溶解。将上述混合溶液转入到水热反应釜中，200℃反应24h，反应结束，自然冷却，产物分别用乙醇和去离子水洗涤三次，60℃下真空干燥12h，得到res2，res2的扫描电镜图如图1所示。
80.s3：取30.0mg步骤s2中的res2分散于3.0ml tris-hcl缓冲液中，超声30min，得到res2分散液；然后加入60.0ml的0.025mg/ml多巴胺tris-hcl溶液，室温下搅拌4h，反应结束，离心水洗3次，60℃下真空干燥12h，得到res2/pda；res2/pda的扫描电镜图如图2所示。
81.s4：取15.0mg步骤s3中的res2/pda分散于5.0ml乙醇中，超声10min，加入30.0ml聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液并搅拌10h，然后离心水洗2次。分散于5.0ml水中，超声10min，加入到30.0ml银溶胶中，搅拌6h，离心水洗3次，再分散于15.0ml水中，得到具有sers效应的复合物，即res2/pda/agnps复合物，该复合物的扫描电子显微镜图如图3所示。
82.s5：取5.0ml(浓度为1.0mg/ml)步骤s3中的res2/pda/agnps复合物分散液浓缩到尼龙微孔滤膜表面得到本例中的复合柔性sers基底。所制备的复合柔性sers基底的实物图如图4所示。
83.实施例2
84.本例中的复合柔性sers基底的制备方法与实施例1相同，本例中的复合柔性sers基底与实施例1的不同之处在于：具有sers效应的复合物中的res2、多巴胺和银纳米粒的质量比为1:0.05:0.48。
85.实施例3
86.本例中的复合柔性sers基底的制备方法与实施例1相同，本例中的复合柔性sers基底与实施例1的不同之处在于：具有sers效应的复合物中的res2、多巴胺和银纳米粒的质量比为1:0.025:0.36。
87.对比例1：
88.本例中的sers基底包括res2分散液和尼龙微孔滤膜；res2分散液负载在尼龙微孔滤膜上；所述res2分散液的用量为5.0mg。res2分散液来源于实施例1制备的res2分散液。
89.对比例2：
90.本例中的sers基底包括银纳米溶胶和尼龙微孔滤膜；银纳米溶胶负载在尼龙微孔滤膜上；所述银纳米溶胶的用量为5.0mg。
91.测试例1
92.对实施例1～2制备的复合柔性sers基底和对比例1～2中的sers基底的增强性能测试评价，具体测试方法如下：
93.采用6-苄基腺嘌呤作为目标物，将50.0μl浓度为1mg/l的6-苄基腺嘌呤溶液分别滴加到实施例1中的基底、对比例1中的基底和对比例2中的基底上，然后进行sers测试，采用785nm激光作光源，积分时间为7s，以1000cm-1
处特征峰强度为参考，测试结果如图5所示。由图5可以看出，6-苄基腺嘌呤在实施例1中的基底上的强度明显高于对比例1和对比例2中的基底，结果表明，本发明中的复合柔性sers基底对6-苄基腺嘌呤具有明显的sers增强效果。
94.测试例2
95.对实施例1中制备的复合柔性sers基底的均匀性和重现性测试评价，具体测试方法如下：
96.采用6-苄基腺嘌呤作为目标物，将50.0μl浓度为0.75mg/l的6-苄基腺嘌呤溶液滴加到实施例1中的复合柔性sers基底上，测试同一基底上11个不同位置的sers响应；按照实施例1中的制备方法制备11个不同批次的复合柔性sers基底，测试不同批次复合柔性sers基底上的sers响应。同一基底不同位置sers测试和不同批次基底sers测试均采用785nm激光作光源，积分时间为7s，得到的sers谱图如图6和图7所示，图6表示同一基底上不同位置的sers响应测试图，其中图6(a)为同一基底上不同位置的sers响应图；
97.图6(b)为同一基底上不同位置的sers响应强度图；图7为不同批次基底的sers响应测试图；其中图7(a)为不同批次基底的sers响应图；图7(b)为不同批次基底的sers响应强度图。以1000cm-1
处特征峰强度为参考，连续扫描3次，计算rsd值。计算得到图6中的同一基底上不同位置的sers分析信号强度的相对标准偏差为4.5％(n＝11)；计算得到图7中的不同批次基底的sers分析信号强度的相对标准偏差为5.5％(n＝11)。由此可知，本发明中的复合柔性sers基底具有良好的均匀性和重现性，可以满足sers定量分析精密度的要求。
98.测试例3
99.对实施例1中制备的复合柔性sers基底进行稳定性测试评价，具体测试方法如下：
100.将50.0μl浓度为0.75mg/l的6-苄基腺嘌呤溶液浸润到放置不同天数的实施例1的复合柔性sers基底上，进行sers测试，采用785nm激光作为光源，积分时间为7s。以1000cm-1
处特征峰强度为参考，连续扫描三次，计算相对标准偏差，结果如图8所示，放置不同天数
sers检测结果相对标准偏差为8.9％(n＝3)，表明本发明中的复合柔性sers基底具有良好的储存稳定性。
101.测试例4
102.对实施例1中制备的复合柔性sers基底进行选择性测试评价，具体测试方法如下：
103.采用实施例1中制备的复合柔性sers基底对结构类似的常用植物生长调节剂进行sers测试，所选用的植物生长调节剂包括对氯氧苯乙酸钠、多效唑、噻苯隆、氯吡脲、2,4-d(2,4-二氯苯氧乙酸)，这些植物生长调节剂的浓度均为0.75mg/l，测试获得的sers谱图如图9所示。由图9可知，实施例1中的复合柔性sers基底对6-苄基腺嘌呤具有较好增强效果，而对其他结构类似的常用植物生长调节剂均不具有明显sers增强效果，表明本发明中制备的复合柔性sers基底对6-苄基腺嘌呤具有选择性，可用于6-苄基腺嘌呤的准确测定。
104.测试例5
105.采用实施例1制备的复合柔性sers基底对蔬菜中的6-苄基腺嘌呤进行检测，具体测试方法和步骤如下：
106.(1)标准曲线的绘制
107.配制不同浓度的6-苄基腺嘌呤标准溶液(0.065mg/l、0.125mg/l、0.375mg/l、0.5mg/l、0.75mg/l、1.0mg/l)。将50.0μl不同浓度的6-苄基腺嘌呤标准溶液浸润到实施例1制备的复合柔性sers基底上，进行sers测试，采用785nm激光作为光源，积分时间7s，得到的sers谱图如图10所示，每个浓度连续测试3次，计算相对标准偏差。由图10可知，在实施例1中的复合柔性sers基底上，6-苄基腺嘌呤的sers信号与浓度之间存在线性关系，以1000cm-1
拉曼位移处强度为参考，建立了拉曼信号强度与6-苄基腺嘌呤浓度的标准曲线，具体如图11所示。以能检测到3倍信噪比信号的最低浓度为检出限，6-苄基腺嘌呤的检出限为24.4μg/l(n＝3)，结果表明本发明中制备的复合柔性sers基底的检测方法线性范围和检出限均能满足实际样品分析的需求。
108.(2)实际样品的检测
109.称取20.0g豆芽，黄瓜和番茄样品于离心管中，充分碾碎，加入20.0ml甲醇，涡旋2min，超声提取15min，6000rpm/min离心10min，移取上清液。40℃下使用旋转蒸发仪进行旋蒸浓缩，然后氮气吹干，用2.0ml甲醇/水(甲醇和水的体积比1:1)重新溶解，使用过滤膜过滤，得到待测液。将待测液浸润到实施例1制备的复合柔性sers基底上进行sers测试，其中豆芽样品的待测液的sers测试结果如图12所示，连续测试3次，并计算3个数据的1000cm-1
处强度平均值和相对标准偏差，代入6-苄基腺嘌呤标准曲线，计算得到实际样品中6-苄基腺嘌呤含量，测定结果如表1所示。
110.随后对样品进行加标实验验证该方法的可靠性，采取相同前处理步骤进行sers检测，连续测试3次，并计算1000cm-1
处峰值相对标准偏差，分别代入6-苄基腺嘌呤标准曲线，计算加标样品中6-苄基腺嘌呤浓度，加标实验测定结果如表1所示。
111.通过高效液相色谱(hplc)比对实验验证该sers分析方法检测的准确性。称取20.0g豆芽样品，黄瓜样品和番茄样品于离心管中，充分碾碎，加入20.0ml甲醇，涡旋2min，超声提取15min，6000rpm/min离心10min，移取上清液。40℃下使用旋转蒸发仪进行旋蒸浓缩，然后氮气吹干，用2.0ml甲醇/水(体积比1:1)重新溶解，使用过滤膜过滤，得到待测液，进行hplc测试。高效液相色谱仪配紫外检测器(日本岛津公司)，检测波长为267nm，所选色
谱柱为ods c18柱(250mm
×
4.5mm，5.0μm)，柱温为30℃，流动相选择甲醇-乙酸铵溶液(甲醇与乙酸铵溶液的体积比70:30)，流速为1.0ml/min，测试结果如下表1所示。
112.表1实际样品中6-苄基腺嘌呤测定结果和加标实验结果
[0113][0114][0115]
由表1可知，豆芽样品中6-苄基腺嘌呤含量为6.9μg/kg，6-苄基腺嘌呤回收率为87.5％～97.1％，rsd为2.5％～3.0％；黄瓜样品中未检测出6-苄基腺嘌呤，6-苄基腺嘌呤回收率为87.6％～93.3％，rsd为3.9％～6.1％；番茄样品中6-苄基腺嘌呤均未检出，黄瓜样品中番茄样品中6-苄基腺嘌呤回收率为98.1％～106.7％，rsd为5.1％～6.6％。经hplc检测，豆芽样品中6-苄基腺嘌呤含量为6.7μg/kg，与使用本发明中的复合柔性sers基底所检测出的检测结果的相对偏差为3.0％，表明采用本发明中的复合柔性sers基底对实际样品进行分析，分析可靠性和准确性高，同时相对于hplc检测方法而言，本发明中的检测方法耗时短，效率高。
[0116]
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。