一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种水中重金属离子检测的检测系统，尤其涉及一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，属于化学领域。
【背景技术】
[0002]许多重金属离子可对人体的健康造成危害，特别是这些重金属离子广泛存在于生命器官、日常饮水、食品及废水中，即使其浓度很低(如10 6mol/L)，由于其在生物体内不可降解，对人体的危害也十分明显。重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有害物质。重金属能引起人的头痛、头晕、失眠、关节疼痛、结石等；尤其对消化系统、泌尿系统的细胞、脏器、皮肤、骨骼、神经破坏极为严重。我国水质重金属污染严重，主要原因是和工业的发展有关，特别是各类化工厂的兴建，各地矿业的开发，沿岸工厂的污水排放，都对水源造成了不同程度的破坏，水中污染物也主要为各类有机污染物、重金属。而我国的工业正在快速发展过程中，随着资源的不正确处理或者是废物回收处理不得当，都带来了极大的重金属污染的问题。根据《GB8978-1996的污水综合排放标准》，总萊的最高允许排放浓度为0.05mg/L，总铜的一级排放标准为0.5mg/Lo正是由于重金属离子可对人体的健康造成严重的危害，因此，水中的重金属离子的检测在环境保护中具有重要的位置。
[0003]绝大部分的重金属离子还是用传统的化学方法测定，比如:火焰原子吸收光度法，根据某元素的基态原子对该元素的特征谱线产生选择性吸收来进行测定的分析方法。或者是利用试剂之间的相互作用产生特殊的反应的方法进行判断种类及其含量的多少。而相比于表面增强拉曼光谱检测的方法，传统的方法过于复杂繁琐，采用的步骤比较多，还需要后期大量的计算，所花费的时间也较为长，消耗了大量的人力物力财力，不利于对水质的实时监测。
[0004]拉曼光谱是单色光束入射光的光子与分子发生非弹性碰撞过程中，光子与分子之间发生能量交换，光子不仅改变运动方向，同时光子的一部分能量传递给分子，或分子的振动和转动能量传递给光子，从而改变了光子的频率，这种散射称为拉曼散射。而表面增强拉曼效应，可以使拉曼信号得到高达几个数量级的增强，通常是增强来自分子的信号。表面增强拉曼效应中信号的增强主要来自于光与金属之间的电磁作用。这种作用会通过等离子体共振激发激光场得到强大的增强。要产生这一现象，分子必须吸附在或者非常接近金属表面。因此基底材料采用纳米金，可大大增强拉曼的反射信号。用拉曼光谱仪可以快速检测到出射光的拉曼散射信号强度，从而得到拉曼光谱图。通过分析拉曼光谱图可对离子进行特异性检测。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，该检测系统具有快速有效、检测灵敏度也较高的特点。
[0006]本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为:
[0007]一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，包括光源(I)、拉曼光谱仪(2)、对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3);光源(I)发射出的激光入射到对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)上，再反射到拉曼光谱仪(2)上，得到待测样品的拉曼光谱；由于根据拉曼光谱峰值位置可分析出待测样品的重金属离子种类，拉曼光谱峰值强度可得到重金属离子浓度，从而达到检测水中重金属离子的目的。
[0008]所述的对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)包括对巯基苯甲酸(301)、金薄膜(302)、载玻片(303)。
[0009]所述的光源⑴工作波长为532nm，拉曼光谱仪⑵测量范围为1400cm 1至1600cm 1O
[0010]所述的对巯基苯甲酸的分子式为C7H6O2S,分子量为154.19。
[0011]所述的金薄膜(302)是用磁控溅射方法得到，厚度为150纳米。
[0012]所述的对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)是将镀金载波片(302)浸泡在lmmol/L对巯基苯甲酸乙醇溶液中12小时得到的。
[0013]本实用新型的所具有的特点优势为:
[0014]1、水中重金属离子的种类与表面增强拉曼光谱的峰值位置有关，其浓度与光谱图的峰值强度之间存在正比关系。通过测量得到的拉曼光谱图，可以分析得到水中重金属离子的成分及具体含量。
[0015]2、操作简单高效，可以快速确定水中重金属离子的种类，达到实时监测的目的，不需要耗费大量的人力物力财力。
【附图说明】
[0016]下面结合附图及其实施例对本实用新型作进一步说明。
[0017]图1是本实用新型一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子系统的检测结构示意图。
[0018]I为光源；2为拉曼光谱仪；3为对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片；301为对巯基苯甲酸；302为金薄膜；303为载玻片；
[0019]图2是一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子系统的工作原理示意图。
[0020]图3是实验中不同浓度的Cu2+的拉曼光谱图。
[0021]图4是实验的Cu2+在1462cm 1处拉曼峰强度与浓度的线性拟合图。
[0022]图5是Zn离子的拉曼光谱图。
【具体实施方式】
[0023]以下结合本实用新型的结构和工作原理作详细说明:
[0024]图1中，一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，包括光源(1)、拉曼光谱仪(2)、对巯基苯甲酸修饰过的镀金载玻片(3)。系统根据图1连接好之后，光源
(1)发射出的激光入射到对巯基苯甲酸修饰过的镀金载玻片(3)上，再反射到拉曼光谱仪
(2)上，得到待测物质的拉曼光谱；由于根据拉曼光谱峰值位置可分析出待测物质的重金属离子种类，拉曼光谱峰值强度可得到重金属离子浓度，从而达到检测水中重金属离子的目的。
[0025]如图2的工作原理所示，首先利用柠檬酸三钠还原法得到粒径25nm的纳米金颗粒溶液，然后将配制好的对巯基苯甲酸乙醇溶液加入到纳米金溶液中，摇匀后静置一小时，得到对巯基苯甲酸修饰的金纳米颗粒。将镀金载波片(302)浸泡在lmol/L对巯基苯甲酸乙醇溶液中12小时得到对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)，之后依次加入待测水样及对巯基苯甲酸修饰的金纳米颗粒，得到如图2的三明治结构的分子样品图，之后采用图1的方法对其进行拉曼检测其峰位移及峰强度值的具体数据，得到相应结论。将检测完毕的载波片完全浸没入乙二胺四乙酸溶液中，半小时后取出，并用无水乙醇和清水依次清洗，自然干燥，即可重新得到巯基苯甲酸修饰的镀金载波片，实现循环检测，节省材料的目的。
[0026]图3为实验中不同浓度的离子的拉曼光谱图，以Cu2+为例。由图可得到Cu2+的拉曼光谱位置为1462cm 1和1525cm \从图中可看出，对于不同浓度的同一种离子，其拉曼光谱峰值位置相同，从而判断出离子种类，而由于样品的浓度不同，得出的拉曼峰值不同。
[0027]图4是将实验的数据结果进行处理，得到1462cm 1处拉曼峰值强度与Cu浓度的正比关系拟合图，从图中得到了 1462cm 1处拉曼峰值强度与Cu2+浓度的正比关系公式，y=-3554.409*exp(x*105/-2.55)+97 1 7.90 3，拟合度为0.99。将待测样品进行拉曼检测后得到拉曼峰值强度，通过公式进行计算样品中的重金属离子的浓度。
[0028]图5为Zn离子的拉曼光谱图，对比Cu'拉曼峰值位置在1533nm和1578nm，和铜离子不同，因此可得出不同金属离子拉曼光谱峰值位置不同，由峰值位置实现重金属离子种类的判断。
【主权项】
1.一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，包括光源(I)、拉曼光谱仪(2)、对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3);光源(I)发射出的激光入射到对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)上，再反射到拉曼光谱仪(2)上，得到待测样品的拉曼光谱；由于根据拉曼光谱峰值位置可分析出待测样品的重金属离子种类，拉曼光谱峰值强度可得到重金属离子浓度，从而达到检测水中重金属离子的目的。2.根据权利要求1所述的一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，所述的对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)包括对巯基苯甲酸(301)、金薄膜(302)、载玻片(303)。3.根据权利要求1所述的一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，所述的光源(I)工作波长为532nm，拉曼光谱仪(2)测量范围为1400cm 1至1600cm 1O4.根据权利要求1所述的一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，所述的对巯基苯甲酸的分子式为C7H6O2S，分子量为154.19。5.根据权利要求2所述的一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，所述的金薄膜(302)是用磁控溅射方法得到，厚度为150纳米。6.根据权利要求1所述的一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，其特征在于，所述的对巯基苯甲酸修饰过的镀金载波片(3)是将镀金载波片(302)浸泡在lmmol/L对巯基苯甲酸乙醇溶液中12小时得到的。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于表面增强拉曼光谱的水中重金属离子检测系统，属于化学领域。由光源、拉曼光谱仪、对巯基苯甲酸修饰过的镀金载玻片组成。水中重金属离子的种类与表面增强拉曼光谱的峰值位置有关，其浓度与光谱图的峰值强度之间存在正比关系。通过测量得到的拉曼光谱图，可以分析得到水中重金属离子的成分及含量。本实用新型操作简单高效，可以快速确定水中重金属离子的种类，达到实时监测的目的，不需要耗费大量的人力物力财力。
【IPC分类】G01N21/65
【公开号】CN204832041
【申请号】CN201520535735
【发明人】范瑜, 郎婷婷, 孔文, 梁明玉
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月17日