基于滤膜的表面增强拉曼光谱法快速检测化学污染物

基于滤膜的表面增强拉曼光谱法的总体目标是检测液体样品中痕量的各种目标分子。该技术的两个优势在于降低了样品制备的时间成本，更重要的是，通过使用更大的样品体积，该技术可提供更高的灵敏度，从而降低检测限。通常，初次接触该方法的研究人员可能会遇到困难，因为在缺乏适当聚集步骤的情况下，纳米颗粒可能无法被截留在膜的孔隙中，或者在膜上的分布不均匀。首先，配制 100 毫升新鲜的硝酸银溶液，并在 350 摄氏度的加热板上以 700 转/分钟的磁力搅拌速度加热至沸腾。

一旦沸腾，立即加入1 mL新配制的柠檬酸钠溶液，并让溶液继续沸腾25分钟。随着银纳米颗粒的形成，溶液将变为绿褐色。25分钟后，将烧瓶置于未加热的搅拌台上，在700 RPM条件下持续搅拌过夜。

早晨时，混合物应达到稳定状态，颜色和透明度保持恒定。如有需要，可测定纳米颗粒的吸光度。随后用超纯水将混合物稀释至 100 毫升。

然后，使用泽塔电位仪测量银纳米颗粒的尺寸。储存时，将银纳米颗粒转移至密封容器中，并用铝箔包裹以避光保存。

胶体在4°C下可保持稳定长达两个月。要制备具有SERS活性的滤膜，首先将1毫升5毫摩尔的氯化钠加入到1毫升制备好的胶体中，并使用振荡混合器在20转/分钟的条件下混合10分钟。

当银纳米簇形成时，准备一个孔径为0.1微米的PVDF膜。必须确保滤器持有装置完全干燥，并且滤膜处于正确的方向。混合10分钟后，以大约每秒一滴的速度将两毫升纳米簇溶液通过膜过滤。

持续推动溶液通过，中间不得中断。所得为具有表面增强拉曼散射（SERS）活性的滤膜。使用镊子小心剥离活性滤膜，然后将其置于空气中干燥三分钟。

干燥后，将SERS活性膜转移至载玻片上。接下来，为进行SERS基底的拉曼检测，将仪器设置为780纳米激光，输出功率为5毫瓦。曝光时间设为1秒，曝光强度设为2。

使用10倍物镜，对样本进行对焦。确保软件也设置为10倍物镜。随后，在膜上随机选择8到10个位点，并使用仪器采集这些位置的数据。

然后，使用制造商提供的软件打开光谱数据进行分析。首先，将100 ppm的福美铁溶液进行系列稀释，以获得5 mL浓度为10 ppb的福美铁溶液和50%乙腈。现在，将活性膜放入滤膜 holder 中，使纳米颗粒涂层朝上。

然后，将5 mL样品加入新的注射器中，并连接活性滤膜。以约每秒一滴的连续流速将样品过滤。溶液过滤完毕后，小心取下滤膜，使其在空气中干燥3分钟。

膜干燥后立即进行拉曼检测。数据采集方法同前。本方法已测试使用不同体积的银纳米颗粒。

用于包被膜以获得最大灵敏度的银纳米颗粒溶液的体积为一毫升。拉曼位移检测结果显示，十亿分之十的福美铁的表面增强拉曼光谱（SERS）可以被检测到。位于1386处的峰源于氰基和碳硫双键伸缩振动以及对称甲基变形振动的混合模式。

1516 处的峰与甲基和氰基的伸缩振动相关，561 处的峰由硫键伸缩振动产生。此外，还清晰检测到百万分之一浓度的氨苄青霉素的谱图。1594 和 1447 处的峰分别来自碳碳双键的伸缩振动以及乙基中甲基的变形振动。

1001 处的强峰来自苯环振动。852 处的峰与对称的 CNC 伸缩振动相关。随着样品体积的增加，检测限也随之升高。

这种基于滤膜的方法的优点包括可调节的体积和可调节的检测限。观看本视频后，您应能够充分理解如何利用滤膜制备均匀且灵敏的纳米基底。一旦掌握，若操作得当，该技术可在30分钟内完成；在此之后，可进一步采用扫描电镜（SEM）或透射电镜（TEM）等其他方法，以回答更多问题，例如银纳米颗粒在膜上的分布情况。该技术问世后，为分析化学领域的研究者探索各类食品和环境样品中的痕量化学目标物开辟了道路。请务必注意，操作农药和生物毒素可能具有极高危险性。

进行此操作时，应始终穿戴实验服、呼吸器和安全护目镜。