本技术涉及一种具有富集和增强效果的双功能表面增强拉曼散射(SERS)滤膜基底,包括其制备技术与应用领域。制备过程涵盖制备Ag纳米颗粒、功能化处理以及与纳米碳材料的自组装步骤。
背景技术
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是一类由两个或多个苯环组成的有机化合物,通常来源于石油燃烧、化工生产和车辆尾气排放,并可通过自然循环进入水体环境。部分PAHs具有较强的致癌、致畸和致突变性,因此被许多国家列为优先控制的持久性有机污染物。因此,对PAHs的快速灵敏检测至关重要。传统的高效液相色谱和气相色谱-质谱方法虽然灵敏,但更适合实验室检测,难以满足现场快速检测的需求。表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)技术以其高灵敏度、分子特异性和快速响应特点,已成为检测PAHs的潜在方法。目前,针对PAHs的SERS检测研究主要集中在复杂环境中PAHs的预处理方法、SERS活性基底的构建,以及基底的功能化等方面。
在检测复杂环境中的PAHs时,通常需要进行样品预处理,以去除干扰物质并富集待测物,从而提高检测灵敏度和准确性。目前的方法多采用萃取-挥发-洗脱等操作步骤,预处理过程复杂耗时,并且依赖于有机溶剂和操作者的精细技能,这些要求大大限制了其在快速现场检测中的应用潜力。同时,SERS活性强烈依赖于金属纳米结构产生的电磁场增强效应或金属与待测分子之间电荷转移产生的化学增强效应,为此研究人员在基底结构设计方面进行了大量工作。目前已开发出多种基于Au/Ag纳米结构及石墨烯等新材料的SERS基底。这些基底通过电磁场增强和化学增强效应提高了检测灵敏度。但是这些纳米结构的比表面能一般比较大,容易出现团聚而导致电磁热点的分布难以控制,最终影响待测物拉曼信号的稳定性和可重现性。
近年来,滤膜因其力学强度高、组分多样、孔径大小可调等独特优势,作为支撑基质构建的SERS基底备受关注。这种基底不仅展现了SERS技术的高灵敏度,还兼具样品预处理与富集的功能,能够有效降低检测灵敏度,提高样品分析的效率和准确性。王炬勇团队使用过滤装置和过滤材料来吸附水体中的PAHs,再通过有机溶剂进行洗脱,并采用Ag NPs溶胶作为SERS基底对洗脱液进行检测,一次检测耗时约30min,实现了对水环境中16种PAHs的检测分析。但由于PAHs具有较强的疏水性,使得其与金属纳米颗粒的结合力弱,很难自发地聚集到基底的有效增强范围内。为了将目标分析物富集到金属纳米颗粒附近,研究人员对基底的功能化也进行了广泛研究,各种官能团或配体,如硫醇、烷基链、杯芳烃、环糊精衍生物已被证明能够加强金属-分析物的相互作用。这些研究成果显示基于SERS的PAHs快速检测方法具有很好的潜力和应用前景。然而,大部分仍处于实验室原型阶段,还不能满足现场快速检测的需求,迫切需要开发一种无需预处理、能够实现PAHs快速测量的富集增强一体SERS滤膜基底,用于复杂环境体系中持久性有机污染物的快速富集检测。
实现思路