表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, 簡(jiǎn)稱SERS)技術(shù)由于其高檢測(cè)靈敏度、能提供待測(cè)分子指紋信息、具有無(wú)損檢測(cè)和抗水干擾等優(yōu)點(diǎn)，在痕量物質(zhì)檢測(cè)和分析領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛并越來越受到重視。由于SERS效應(yīng)主要發(fā)生在一些貴金屬納米材料表面，對(duì)于利用SERS探測(cè)不溶于水且在貴金屬表面吸附能力差的有機(jī)污染物還存在一些困難。為了提高其檢測(cè)靈敏度，一般有兩種方法：一種是制備出具有SERS活性高的納米材料和結(jié)構(gòu)，二是對(duì)SERS襯底進(jìn)行特殊功能化的修飾，使待測(cè)分子可以富集在SERS襯底表面。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境中可持續(xù)存在的有機(jī)污染物-多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls，簡(jiǎn)稱PCBs)快速、準(zhǔn)確、痕量檢測(cè)，課題組研究人員通過一種簡(jiǎn)便優(yōu)化的方法制備完成了以環(huán)糊精(一種環(huán)狀低聚葡萄糖分子，具有內(nèi)緣斥水、外緣親水的結(jié)構(gòu))修飾的核殼結(jié)構(gòu)的金屬納米顆粒，并成功用于PCBs的痕量檢測(cè)。他們利用環(huán)糊精分子在堿性條件下具有還原性的特性，直接還原硝酸銀，在金包裹二氧化硅材料的表面上包覆上一層薄銀殼層，同時(shí)讓過量的環(huán)糊精分子吸附在材料表面，從而用一步反應(yīng)的方法得到化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、具有SERS活性的納米顆粒，同時(shí)完成對(duì)納米顆粒的修飾，有利于捕獲和富集PCBs分子。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種方法極大地提高了材料的SERS檢測(cè)效果。有限元局域電場(chǎng)模擬結(jié)果也證明，相對(duì)于單獨(dú)金包裹二氧化硅或銀包裹二氧化硅顆粒來說，銀包裹金包裹二氧化硅材料具有更好的SERS效應(yīng)。利用此功能化核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒構(gòu)筑的SERS基底，可以檢測(cè)PCB-3、PCB-29和PCB-77三種不同PCB分子，檢測(cè)限為微摩爾量級(jí)。值得注意的是，在實(shí)驗(yàn)中不僅觀察到了歸屬于PCBs的特征峰，還觀察到了一些新峰，通過光譜理論計(jì)算歸屬于PCBs和環(huán)糊精相互作用的各種復(fù)合體，這是第一次在實(shí)驗(yàn)上提供了環(huán)糊精捕獲PCBs分子的SERS光譜證據(jù)。因?yàn)榄h(huán)糊精修飾的核殼納米顆粒可以用于鑒別和檢測(cè)不同PCBs分子，這項(xiàng)工作為特異性檢測(cè)環(huán)境中痕量多氯聯(lián)苯提供了新的方法和依據(jù)。
該工作得到科技部“973”計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
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(a)檢測(cè)模式圖 (b)材料微觀表征圖 (c)三種多氯聯(lián)苯檢測(cè)SERS檢測(cè)圖
