一种可用于痕量检测农药的SERS基底的制备方法与流程

本发明属于分子识别技术领域和食品安全检测技术领域，涉及一种sers基底的制备方法，以及基于该sers基底痕量检测农药的应用。

背景技术：

农药的使用可有效防治病虫害,在农林生产中被广泛应用。一定程度上缓解了人类粮食短缺的问题。但是，随着农药的大量以及不合理的使用，也造成了农药残留在农作物以及相应的环境中，严重影响和威胁人类的健康和生命安全，成为目前我国广泛关注的焦点问题。因此，针对含量偏低的农药，建立和完善灵敏、快速、方便的检测方法，加强农药残留监测的研究，对于保护环境、保障大众健康和促进我国经济发展具有重要意义。

传统的农残检测方法如气相色谱-质谱联用技术(gc/ms)、化学速测法、免疫分析法、酶抑制法和活体检测等方法存在检测成本高、时间长、定性粗糙、灵敏度低，间接测量，易受还原性物质干扰，对农药的适用范围窄等缺点，不利于食品安全监管部门对产前、产中和产后农产品的检测。而表面增强拉曼技术(surfaceenhancedramanscattering，sers)正好弥补了这些弱点，具有无损、快速、实时和灵敏度高等优点，为快速测定低浓度农药提供了一种有效方法。

sers技术是研究化学结构的有力手段，具有选择性好和灵敏度高的优点。像放大器一样，sers可以使微量物质的信号增强，甚至可实现单个分子的检测，并能分辨同分异构体和鉴别分子在表面的吸附取向。因此sers被广泛应用于物理、材料、表面科学、环境化学、生物化学、有机化学以及生物学的分析和研究。然而，目前sers技术在应用中突出的问题是基底活性差，结构、性质不稳定，基底制备上的困难限制了人们对sers现象的认识，这也导致了对sers机理认识的不完善。所以sers活性基底的制备一直是sers技术最重要的研究领域，高活性基底的设计不仅可以将实验和理论联系起来，为sers的理论研究提供理想的模型。同时，sers基底的发展决定了sers的应用范围能否得以不断拓宽。目前虽然sers的研究得到了快速的进展，但迄今为止，将sers技术用于定量分析仍然存在较大困难，大量的研究表明sers效应与金属基底的表面形貌及微观结构具有重大的关系，sers活性基底是获得sers信号的前提，因而寻求一种简单、低成本制备出高活性的sers基底的方法，以及如何进一步应用于农药残留的检测是sers研究领域的一个重要课题。

本发明的目的是提供一种可用于痕量检测农药的sers基底的制备方法。本发明采用化学法和磁控溅射法相结合，操作工艺简单，制备过程可控，有良好的应用前景。

本发明的目的是这样实现的，制备该sers基底所采用的原料配比如下：

本发明制备方法的具体步骤是：

①、配制种子层溶液：首先按比例称量0.0658g二水醋酸锌放入60ml酒精溶液中60℃加热搅拌1小时，配制成摩尔浓度为0.005m的二水醋酸锌悬浊液溶液，即种子层溶液；

②、制备种子层衬底：然后使用旋涂仪(laurellws-400-8tfw-full)将步骤①制得的种子层溶液旋涂在ito衬底上，旋涂时间30s，旋涂速度2000rpm，旋涂4次后，300℃烧结30分钟，得到种子层衬底；

③、镁掺杂zno纳米棒阵列的生长(即zmonrs)：将2.6774g六水硝酸锌和0.2564g六水硝酸镁溶于50ml去离子水中，将1.419g六次甲基四胺溶于50ml去离子水中，配制成两种反应溶液，分别搅拌10分钟后，混合上述两种溶液，放于反应釜中；然后，将②中制备的种子层衬底倾斜置于反应釜底部，放入180℃箱式炉中进行保温24小时后，自然冷却到室温，将衬底取出，用去离子水和酒精清洗干净，晾干即可得到整齐的镁掺杂zno纳米棒阵列衬底(zmonrs)；

④、制备sers基底(即ag@zmonrs)：采用磁控溅射法将ag纳米颗粒沉积到步骤③制得的镁掺杂zno纳米棒阵列衬底zmonrs上；基准压力为2.6×10^-5pa，在衬底的制备过程中ar气的气压保持在0.6pa；用ag靶溅射2分钟后取出，得到ag纳米粒子包覆的镁掺杂zno纳米棒阵列衬底(ag@zmonrs)，即本发明的目标产品sers基底(见图1)；

⑤、检测农药：采用福美双作为步骤④中制得的sers基底测试的探针分子；将0.0240g福美双溶于100ml酒精中，超声5分钟，配制成1×10^-3m浓度的溶液，将制备好的sers基底浸泡其中12小时后取出，用去离子水冲洗，晾干，选取上述样品上任意多个位置，利用拉曼光谱仪进行检测。

本发明的优点和积极效果：

1、本发明制备的sers基底，具有很好的拉曼活性，对福美双的检测限可达～10^-13；有较好的稳定性，浸泡3个月后测得的拉曼谱图与浸泡前没有明显差别；重复性好，计算得到的rsd最大为11.8％，文献中报道的理想基底rsd<20％即可，据我们所知目前还没有相关文献的报道。所以本发明制备的目标产品是一种理想的sers基底，未来可应用于化学，材料科学及生物物理等方面。

2、本发明采用化学法与磁控溅射法相结合的方法，制备的sers基底，可应用于痕量检测农药残留。该发明无论在实验范围亦或实际应用方面都有很重要的科学价值和意义。

附图说明

图1是本发明目标产品sers基底(ag@zmonrs)的扫描电镜图，1a是俯视图；1b是放大图；1c是截面图。

图2是不同浓度福美双分子吸附到本发明目标产品sers基底(ag@zmonrs)表面的拉曼对比图。

图3是本发明目标产品浸泡在去离子水中分别在1个月、2个月和3个月后和本目标产品制备好之后直接用于测试的对比图。

图4是在福美双分子吸附到本发明目标产品表面上随机选取30个点测试的拉曼图。并对1373、1492和561cm^-1处的峰进行了相对标准偏差(rsd)分析，得到rsd分别为7.6、11.8和9.5％。

具体实施方式

本发明所需的原料如下：

二水醋酸锌(zn(oocch3)2·2h2o，沈阳国药集团化学试剂有限公司)为分析纯；

无水乙醇(ch3ch2oh，沈阳国药集团化学试剂有限公司)为分析纯；

六次甲基四胺(c6h12n4，沈阳国药集团化学试剂有限公司)为分析纯；

硝酸锌(zn(no3)2·6h2o，沈阳国药集团化学试剂有限公司)为分析纯；

硝酸镁(mg(no3)2·6h2o，沈阳国药集团化学试剂有限公司)为分析纯；

福美双(c6h12n2s4，阿拉丁试剂上海有限公司)为分析纯。

本发明制备方法的具体步骤是：

①、配制种子层溶液：首先按比例称量0.0658g二水醋酸锌放入60ml酒精溶液中60℃加热搅拌1小时，配制成摩尔浓度为0.005m的二水醋酸锌悬浊液溶液，即种子层溶液；

②、制备种子层衬底：然后使用旋涂仪(laurellws-400-8tfw-full)将步骤①制得的种子层溶液旋涂在ito衬底上，旋涂时间30s，旋涂速度2000rpm，旋涂4次后，300℃烧结30分钟，得到种子层衬底；

③、镁掺杂zno纳米棒阵列的生长：将2.6774g六水硝酸锌和0.2564g六水硝酸镁溶于50ml去离子水中，将1.419g六次甲基四胺溶于50ml去离子水中，配制成两种反应溶液，分别搅拌10分钟后，混合上述两种溶液，放于反应釜中；然后，将②中制备的种子层衬底倾斜置于反应釜底部，放入180℃箱式炉中进行保温24小时后，自然冷却到室温，将衬底取出，用去离子水和酒精清洗干净，晾干即可得到整齐的镁掺杂zno纳米棒阵列衬底(zmonrs)；

④、制备sers基底(即ag@zmonrs)：采用磁控溅射法将ag纳米颗粒沉积到步骤③制得的zmonrs上；基准压力为2.6×10^-5pa，在衬底的制备过程中ar气的气压保持在0.6pa；用ag靶溅射2分钟后取出，得到ag纳米粒子包覆的镁掺杂zno纳米棒阵列衬底(见图1)，即本发明的目标产品sers基底；

⑤、检测农药：采用福美双作为步骤④中制得的sers基底测试的探针分子；将0.0240g福美双溶于100ml酒精中，超声5分钟，配制成1×10^-3m浓度的溶液，将制备好的sers基底浸泡其中12小时后取出，用去离子水冲洗，晾干，选取上述样品上任意多个位置，利用拉曼光谱仪进行检测。

图2是不同浓度福美双的表面增强拉曼光谱，通过对比可以看到浓度为10^-3和10^-5时,福美双的拉曼峰明显，易识别；浓度为10^-7和10^-9时,福美双的拉曼峰明显降低，但是依然能够识别出；浓度为10^-11和10^-13时，福美双的峰强十分微弱，但依然存在；浓度为10^-15时，未出现福美双的特征拉曼峰。由此表明，利用本发明目标产品sers基底对福美双的检测限可达10^-13mol/l，低于美国国家环境保护局(即u.s.environmentalprotectionagency，usepa)公布的水果最高农药残留限量标准7ppm(2.3×10^-6mol/l).

通常在测试之前，需要将衬底浸泡在探针分子的水溶液中几个小时甚至整晚，以确保探针分子在衬底表面分布均匀，随后用去离子水彻底清洗衬底，洗掉未成键的探针分子。因此，这就需要sers基底在水溶液中有良好的稳定性。所以为了测试本发明目标产品的稳定性，我们将制备好的目标产品放在去离子水中分别浸泡了1个月、2个月和3个月后进行了测试，见图3是本发明的目标产品浸泡在去离子水中1个月、2个月和3个月后和本发明目标产品制备好之后直接用于sers测试的对比图。从图3中可以看到浸泡前后测试的拉曼峰位和峰强都没有明显的变化，这表明本发明的目标产品在溶液中的稳定性至少有3个月。在实际应用中，能如此长时间的在溶液中处理和保存的sers基底是理想sers基底一个非常重要的因素。

sers信号的重复性是理想sers基底一个非常重要的参数。为了检测我们制备的sers基底是否具有很好的重复性，我们在本发明目标产品上随机选择了30个点进行测试(见图4)，从图中我们可以看到福美双的拉曼峰位和强度相差不大。主峰的rsd通常用于评价sers信号的重复性，但是目前还没有文献报道哪一个峰可以定为标准，所以我们计算了3个主峰(1373、1492和561cm^-1)的rsd分别为7.6、11.8和9.5％，而文献中对理想基底的定义是rsd<20％即可，如此低的rsd值说明本发明目标产品制备的相当均匀，所以具有很好的重复性。