一種基于磁性納米顆粒的多環(huán)芳烴檢測方法
【專利說明】-種基于磁性納米顆粒的多環(huán)芳炫檢測方法
[0001] 一.本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明屬于環(huán)境分析領(lǐng)域，具體涉及一種多環(huán)芳姪的檢測方法。
[0003] 二.本發(fā)明的技術(shù)背景
[0004] 多環(huán)芳姪（PAHs)是一類廣泛存在于環(huán)境中，含有兩個或兩個W上苯環(huán)的有機(jī)污染 物，其主要來自于石油、煤焦油、煙草和其他一些有機(jī)物的熱解或不完全燃燒。多環(huán)芳姪由 于其親脂性，容易在人體內(nèi)富集，長期接觸該類物質(zhì)可能誘發(fā)癌癥。在分析多環(huán)芳姪環(huán)境樣 品時，由于采集的環(huán)境樣品基體復(fù)雜，污染物濃度低，因此要獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、重現(xiàn)性好的分 析結(jié)果，樣品預(yù)處理是重要的一個環(huán)節(jié)，而且往往也是PAHs環(huán)境樣品分析成敗的關(guān)鍵。目 前國內(nèi)外對于多環(huán)芳姪的檢測方法主要為高效液相色譜、氣相色譜W及氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián) 用。該些方法具有較高的檢測靈敏度，但是方法所用儀器價格昂貴，對樣品前處理要求高。 為此，探索快速高效、簡便經(jīng)濟(jì)的PAHs檢測方法是環(huán)境領(lǐng)域的重要研究方向之一。
[0005] SERS主要基于粗趟貴金屬表面等離子共振引起的電磁增強(qiáng)效應(yīng)，因此SERS分析 要求被測物分子直接吸附或充分接近于貴金屬表面。PAHs作為一類非極性分子，難W接近 于貴金屬表面，因此用常規(guī)SERS基底一般無法對其進(jìn)行直接檢測。目前常用的方法是對 SERS基底進(jìn)行化學(xué)修飾W改善基底與PAHs之間的吸附作用。國內(nèi)外已經(jīng)有學(xué)者利用貴金 屬溶膠作為SERS活性基底，在其表面連接特定的官能基團(tuán)，如杯環(huán)芳姪、光澤精等。官能團(tuán) 的加入可拉近PAHs與金屬納米粒子之間的距離，使得PAHs進(jìn)入金屬表面等離子共振區(qū)域， 產(chǎn)生SERS效應(yīng)。另外一種常用基底為硫醇修飾的金膜或銀膜。由于硫醇可W在金屬表面 形成自聚單分散層，并且具有疏水作用，因此可W將PAHs嵌入到SERS基底表面，進(jìn)而實現(xiàn) 檢測。上述方法所需實驗步驟復(fù)雜，同時需要使用大量對環(huán)境有害的化學(xué)試劑。
[0006] 為了克服現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明對已有的基底制備方法進(jìn)行改進(jìn)，通過多 次的實驗嘗試合成了一種磁性納米顆粒?；诨?化納米顆粒的強(qiáng)吸附性和磁性，W及Au 納米顆粒的SERS增強(qiáng)效應(yīng)，得到了對多環(huán)芳姪具有強(qiáng)SERS效應(yīng)的復(fù)合納米基底，并結(jié)合便 攜式拉曼光譜儀完成了對16種代表性多環(huán)芳姪的檢測。通過一系列實驗證明本發(fā)明采用 的樣品制備方法及目標(biāo)污染物分析方法操作簡便，不僅可W實現(xiàn)單一PAHs的檢測，還可W 用于復(fù)雜環(huán)境基質(zhì)中多環(huán)芳姪的快速鑒別。
[0007] H.本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明首先合成了化304納米顆粒，利用娃焼修飾化化表面后，將其分散于氯金酸 溶液中，在還原劑巧樣酸軸的作用下，制備得到F,304/Au磁性納米顆粒，該種顆粒兼具F,3化 的磁性與納米金顆粒的拉曼增強(qiáng)性能。將制備出的化304/Au磁性納米顆粒作為SERS基底 分散于一定濃度的PAHs溶液中，可W使PAHs主動吸附富集于磁性顆粒表面，因此縮短了多 環(huán)芳姪分子與納米基底表面的距離，為表面增強(qiáng)拉曼散射的發(fā)生創(chuàng)造了條件。此時用外加 磁場對磁性顆粒進(jìn)行收集后，利用便攜式拉曼光譜儀可W在10s內(nèi)檢測到多環(huán)芳姪的拉曼 特征峰。
[0009] 通過下面的描述來闡明本發(fā)明的具體內(nèi)容：
[0010] (1)用共沉淀法合成化3〇4磁性納米顆粒：將化'4&〇與化CI3'6&0W質(zhì)量比 2:5. 4的比例溶解于100血去離子水中，并加入1血鹽酸促進(jìn)溶解。在機(jī)械攬拌下向上述 溶液中滴加氨水，至抑值到達(dá)10,反應(yīng)30分鐘后將產(chǎn)物置于8(TC水浴鍋中熟化半小時，停 止攬拌，將產(chǎn)物冷卻至室溫，水洗3次后于真空烘箱中7(TC下干燥3小時，將產(chǎn)物研磨后過 200目篩，得到化化磁性納米顆粒；
[0011] (2)娃焼修飾化3〇4磁性納米顆粒的制備：取0. 25g步驟（1)中制備的納米化3〇4分 散于100血無水己醇中，加入1血APTMS(3-氨基丙基-H甲氧基娃焼)，超聲30min，倒入 H口圓底燒瓶中，在機(jī)械攬拌下反應(yīng)化，將生成的沉淀物用無水己醇洗3次，再用超純水洗 2次，得到娃焼修飾后的化3〇4納米顆粒；
[0012] (3)化3O4/AU磁性納米顆粒的制備；將步驟（2)得到的產(chǎn)物分散于23血超純水中， 投加1血2%(wt%)的氯金酸水溶液，于攬拌下油浴加熱到100°C后立即投加1血濃度為50mg/ mL的巧樣酸軸，保持該溫度繼續(xù)反應(yīng)20min。停止加熱后，繼續(xù)攬拌使產(chǎn)物化3O4/AU冷卻到 室溫，所得產(chǎn)物用超純水洗2次，分散到25mL超純水中備用；
[001引（4)PAHs的富集與檢測：取1血步驟（3)得到的化3O4/AU復(fù)合納米基底于1. 5血 離也管中，通過磁分離去除上層純水后滴加ImL待測PAHs溶液混合化，用外加磁場對磁性 顆粒進(jìn)行收集后，于干凈娃片上直接進(jìn)行SERS測定，使用ENWAVE便攜式拉曼光譜儀進(jìn)行信 號采集，儀器型號為EZRaman-ISeries,產(chǎn)地美國，激光波長785皿，掃描時間5s，得到多環(huán) 芳姪的SERS譜圖。 四.【附圖說明】
[0014] 下面通過圖例說明本發(fā)明的主要特征。
[001引附圖1為所制備的化304/Au復(fù)合納米基底的高分辨率透射電子顯微鏡圖 (HR-TEM)。由圖中可W看出Au納米顆粒的晶形良好，晶面間距為0. 236nm，對應(yīng)于面也立方 體結(jié)構(gòu)Au的（111)面。Au納米顆粒的平均粒徑約為15皿?；?04的晶面間距為0. 301皿， 對應(yīng)于面也立方體結(jié)構(gòu)磁鐵礦的（220)面，該說明了化3O4/AU復(fù)合納米顆粒的成功制備。 [001引附圖2為本發(fā)明制備的化3O4/AU磁性納米顆粒的磁滯曲線圖?；?04納米顆粒的磁 化強(qiáng)度約為71emu/g，F(xiàn)e304/Au的磁化強(qiáng)度約為55emu/g，均具有較強(qiáng)的磁性，充分滿足于基 底磁分離的需要。相對于化3化而言，F(xiàn)6304/Au磁化強(qiáng)度的減小是由于金納米顆粒的引入。
[0017] 附圖3是本發(fā)明所用十六種多環(huán)芳姪的結(jié)構(gòu)式示意圖。
[0018] 附圖4是H種多環(huán)芳姪蔡、意、巧在基底表面的SERS譜圖W及多環(huán)芳姪固體純品 的拉曼譜圖。通過與純品拉曼譜圖的特征峰位置對比，可W看出多環(huán)芳姪SERS譜圖中的特 征峰峰型與位置基本保持不變，驗證了本發(fā)明檢測方法的可行性。
[001引附圖5是立種多環(huán)芳姪苯并[a]巧、苯并比]英意、苯并[g，i，h]巧在基底表面的SERS譜圖W及多環(huán)芳姪固體純品的拉曼譜圖。通過與純品拉曼譜圖的特征峰位置對比，可 W看出多環(huán)芳姪SERS譜圖中的特征峰峰型與位置基本保持不變，實驗結(jié)果進(jìn)一步驗證了 本發(fā)明檢測方法的可行性。
[0020] 附圖6是河水基質(zhì)中五種多環(huán)芳姪蔡冷2個苯環(huán))、意冷3個苯環(huán))、巧冷4個苯 環(huán))、苯并（k)英意(含5個苯環(huán)）和巧苯（1，2, 3-cd)巧(含6個苯環(huán)）混合物的SERS譜圖。 檢測結(jié)果表明，各種PAHs的主要SERS特征峰可W從混合物的譜圖中明顯的區(qū)別出來。實 驗結(jié)果說明本方法具備應(yīng)用于實際樣品檢測的潛力。
[0021] 五.發(fā)明實施例
[0022] 下面進(jìn)一步通過實施例來闡述本發(fā)明。
[002引實施例lFe304納米顆粒的制備；2g的化化.化0和5. 4g的化化.6&0于攬拌條 件下投加到lOOmL超純水中（超純水在使用前曝氮氣30min)。接著加入ImL濃鹽酸。待投 加的固體完全溶解后，于快速攬拌下滴加約30mL氨水使體系抑值大于10。室溫下攬拌 30min后，在8(TC水浴繼續(xù)加熱30min。所得化化磁性納米顆粒冷卻到室溫后用超純水洗 3次，7(TC下真空干燥化后研磨過200目篩得到化3化納米顆粒粉末。化3O4/AU復(fù)合納米基 底的制備；稱取0.Ig的化304納米顆粒，在無水己醇中超聲清洗3次，分散到100血無水己 醇中，加入1血APTMS超聲30min，接著轉(zhuǎn)移到150血H口瓶中于室溫下攬拌反應(yīng)化。反應(yīng) 完成后用無水己醇洗3次，再用超純水洗2次。將負(fù)載了APTMS的化304分散到23mL超純 水中，投加lmL2% (wt%)的氯金酸溶液，于攬拌下油浴加熱到100°C，投加lmL50mg/mL的巧 樣酸軸，保持該溫度繼續(xù)反應(yīng)20min。停止加熱后攬拌冷卻至室溫，用超純水洗2次，將產(chǎn)物 Fe304/Au分散至IJ25mL超純水中備用。
[0024] 實施例2取1血化3O4/AU復(fù)合納米基底于1. 5血離也管中。磁分離去除上層純水 后投加ImL待測PAHs溶液，混合化后磁分離去除大部分上層水溶液，保留10yL混合物。 取5yL該混合物于娃片上直接進(jìn)行SERS測定。使用便攜式拉曼光譜儀進(jìn)行信號采集，掃 描時間5s，得到多環(huán)芳姪的SERS譜圖。本發(fā)明方法對16種多環(huán)芳姪的檢測限如表1所示： 表1.本發(fā)明方法對16種多環(huán)芳姪的檢測限.
[00巧]
【主權(quán)項】
1. 一種多環(huán)芳烴檢測方法，其由下述步驟組成： (1) Fe3O4Au磁性納米顆粒的制備：將APTMS (3-氨基丙基-三甲氧基硅烷）修飾的 Fe3O4磁性納米顆粒分散于23mL超純水中，投加lmL2% (wt%)的氯金酸水溶液，于攪拌下油 浴加熱到l〇〇°C后立即投加ImL濃度為50mg/mL的檸檬酸鈉，保持該溫度反應(yīng)20min后停 止加熱，繼續(xù)攪拌使產(chǎn)物Fe 3O4Au冷卻到室溫，所得產(chǎn)物Fe3O4Au用超純水洗2次，分散到 25mL超純水中備用； (2) PAHs的富集與檢測：取步驟（1)得到的Fe3O4Au復(fù)合納米基底于I. 5mL離心管中， 投加待測PAHs溶液，混合2h后磁分離去除上層水溶液，于硅片上進(jìn)行SERS檢測。2. 如權(quán)利要求1中所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，該方法檢測的多環(huán)芳烴目標(biāo)物為以 下十六種：萘、危、危烯、莉、菲、蒽、花、屈、苯并[a]花、苯并[b]突蒽、苯并[k]突蒽、花、苯 并[g, i, h]花、二苯并[a, h]蒽、諱苯[1，2, 3_cd]花。3. 如權(quán)利要求1所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟（2)中的多環(huán)芳烴富集方法如下： 取ImL Fe3O4Au復(fù)合納米基底加于I. 5mL離心管中，磁分離去除上層純水后，投加ImL待測 PAHs溶液，混合時間2h，用外加磁場對富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒進(jìn)行回收，外加磁場為 體積10X 15X 2cm3的Nd-Fe-B強(qiáng)磁鐵。4. 如權(quán)利要求1中任一項所述的一種多環(huán)芳烴檢測方法，步驟（2)中的多環(huán)芳烴檢測 方法如下：將富集了多環(huán)芳烴的磁性顆粒置于硅片表面，利用便攜式拉曼光譜儀進(jìn)行信號 采集，激光波長785nm，掃描時間5s。
【專利摘要】本發(fā)明合成了一種Fe3O4/Au磁性納米顆粒，將磁性納米顆粒作為表面增強(qiáng)拉曼活性基底用于多環(huán)芳烴PAHs的富集與檢測。通過一系列實驗證明本發(fā)明采用的目標(biāo)污染物分析方法操作簡便，不僅可以實現(xiàn)16種PAHs的快速檢測，還可以用于環(huán)境水體中多環(huán)芳烴混合物的檢測。
【IPC分類】G01N21/65
【公開號】CN104977287
【申請?zhí)枴緾N201410142577
【發(fā)明人】景傳勇, 杜晶晶
【申請人】中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2014年4月10日