膜状金纳米SERS基底的制备及其在两种镇痛类药物和金霉素残留检测中的应用研究

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拉曼散射现象最初是由印度物理学家Raman在实验中观察到的一种非弹性散射光谱,普通的拉曼光谱强度很弱,在实际应用中有很大的局限性。表面增强拉曼光谱(SERS)的出现使得拉曼散射有了很大的应用价值,它能够使得常规的拉曼信号提高58个数量级,并且不受溶剂等杂质信号的干扰,具有很高的准确度。除此之外,SERS还具有灵敏度高、提供特征指纹峰、无损检测等优点。当代,SERS技术已经广泛应用于生物医学、环境监测、材料分析、考古等众多领域,并且随着科技的发展,SERS的应用价值和领域会不断扩大。本文主要研究了SERS技术在食品、药品分析领域的应用。制备了一种新型的膜状金纳米作为SERS的增强基底,优化了制备的条件,使得制备出的基底更加高效、稳定。以这种新制备金纳米为基底,利用SERS技术,研究了两种镇痛类药物与BSA的相互作用,为研究物质间相互作用提供了新的方法。其次利用SERS技术,对蜂蜜中的金霉素残留进行了检测,建立了一种新型、高效的方法用于食品中药物残留的检测,为食品、药品的检测领域提供新的思路和手段。主要内容如下:第一章主要介绍了拉曼光谱及表面增强拉曼光谱的发展背景和特点,结合示意图对其原理进行的详细阐述,并介绍了SERS的研究进展和应用领域。第二章介绍了采用一种简易、高效的方法制备出了一种具有膜状结构的新型金纳米增强基底:以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作保护剂和粘结剂,通过化学还原法制备金纳米基底。实验考察了还原剂种类、反应温度、体系pH和柠檬酸钠浓度对反应的影响,制备出增强效果最佳的新型膜状金纳米基底。利用罗丹明B为探针分子,考察基底的SERS特征,其增强因子可达6.5×105。利用扫描电镜(SEM)对纳米粒子的结构进行了表征,结果表明其具有膜状结构,且比表面积大,利于分子的吸附。相比于传统的贵金属纳米基底,此种新型膜状金纳米基底增强效果更佳、灵敏度和准确度高,具有很大的应用前景。第三章利用SERS技术对萘丁美酮、延胡索乙素这两种镇痛类药物和BSA进行了表征,对它们分子中特征峰的位置进行了归属,研究了它们与金纳米粒子结合的原理与方式,结果表示增强的主要因素是它们分子中共同存在的π电子云与金纳米的电子相互作用,产生电磁效应,增强了出峰的强度。同时,证明了金纳米粒子和萘丁美酮、延胡索乙素两种药物分子在混合比例为1:2的情况下,拉曼增强效果最佳。此外,采集了不同pH环境中二者的SERS谱图,证明二者在酸碱性条件下均可以稳定存在。通过对比萘丁美酮和延胡索乙素在有无BSA的状态下的SERS图谱中,我们发现二者大多数特征峰均不变,只有少数变化,证明了在与BSA的作用中,萘丁美酮和延胡索乙素的分子结构相对稳定,且作用后拉曼强度进一步增强。此分析手段和方法给研究镇痛类药物和其与蛋白质的作用提供了新的途径,这也是一种高效、无损、便捷的分析检测手段,值得在更多的领域研究和推广。第四章运用表面增强拉曼光谱(SERS)技术,建立了一种新型的检测手段,实现了蜂蜜中金霉素(CTC)残留的快速、无损检测。采用实验室自制的金纳米粒子用于金霉素的拉曼增强基底,对金纳米粒子和金霉素混合体积比和混合时间进行了讨论与优化,检测了不同浓度梯度的金霉素标准溶液,绘制特征峰处的浓度-拉曼信号强度的线性方程,将蜂蜜进行前处理后,运用加标回收法对其回收率进行了考察。结果表明金霉素溶液在1450 cm-1处的特征峰可以作为蜂蜜中金霉素残留量检测的特征峰,金纳米基底和金霉素标准液的最佳体积比为1:1,最佳混合时间为1 min。金霉素的浓度(X)在10250 mg/L范围内和其在1450 cm-1处的SERS特征峰强度(Y)有着良好的线性,线性方程:Y=1×10-4X+0.0110,决定系数R2为0.9948。检测实际样蜂蜜中的金霉素含量的加标回收率均在80%120%之间。该方法可以用于蜂蜜中金霉素残留量的快速、无损检测,此检测手段操作过程简单、快捷、准确度高。
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