[發明專利]用于檢測鋅離子的表面增強拉曼散射傳感器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410659143.3
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104483302B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 佘廣為;金亮亮;師文生
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明涉及金屬離子檢測領域，尤其涉及用于定性檢測鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

金屬離子的有效檢測在生物體系和自然環境中有著重要的應用。例如，人們已經認識到了鋅離子在控制細胞的功能方面起到了重要作用，而一些有毒的金屬離子如鎘離子、鉛離子和汞離子與人體的許多疾病有關系，能夠直接影響到人體的健康。當前被用來檢測金屬離子的方法主要有原子吸收分光光度法、質譜法，熒光光譜法以及電化學方法。雖然這些方法靈敏且準確，但是缺乏長時間穩定性和選擇性，以及不能與水環境很好的兼容依然是這些檢測方法存在的問題，并且這些方法一般都要求復雜的預處理過程和昂貴的儀器設備。人們正在尋求一種經濟、高效、快速檢測金屬離子的方法。SERS作為一種高靈敏及特征識別的檢測技術被越來越多應用在化學和生物體系中。

與普通拉曼光譜的信號強度相比，基于貴金屬基底的表面增強拉曼光譜的信號強度要高幾個到十幾個數量級。從發現這一現象開始，SERS便引起了研究者的廣泛興趣。表面增強拉曼散射的光譜技術具有高靈敏度、高分辨率、選擇性識別、可猝滅熒光、穩定性好及適合研究表面、界面等特點，被廣泛應用于表面、界面研究，其在表面科學、光譜學、生化檢測等領域，具有很高的潛在應用價值。目前，雖然關于SERS的增強機理尚未完全確定，然而局域電磁場的增強導致分子拉曼信號增強已經被人們廣泛接受。基于SERS效應的應用被廣泛研究。SERS傳感器用來檢測金屬離子能夠快速反應分子傳感器特征拉曼光譜的變化信息。SERS傳感器對金屬離子的檢測中可以得到經濟高效的目的，并且具有長時間的穩定性，能夠很好的應用在水溶液的環境中。

發明內容

本發明的目的之一是提供可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器。

本發明的目的之二是提供一種可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器的制備方法。

本發明的目的之三是提供可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器的應用。

本發明的可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器，是由附著在單晶Si片上的表面連接有對巰基吡啶分子的銀納米顆粒膜構成。

所述的單晶Si片是N型(100)的單晶Si片。

所述的表面連接有對巰基吡啶分子的銀納米顆粒膜，其對巰基吡啶分子中的巰基與銀納米顆粒是通過化學鍵進行連接。

本發明的可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器的制備方法包括如下步驟：

(1)用氫氟酸除去單晶Si片(N型(100))表面的氧化層：將清洗干凈的單晶Si片(N型(100))浸泡于質量濃度為5％的氫氟酸水溶液中(一般浸泡的時間為10分鐘)，以除去單晶Si片表面的氧化層；

(2)在單晶Si片的表面制備一層Ag納米顆粒膜：將用氫氟酸水溶液浸泡過的步驟(1)得到的單晶Si片置于硝酸銀與氫氟酸的混合水溶液中進行浸泡(一般浸泡的時間為3分鐘)后取出，即可在單晶Si片的表面形成一層很薄的Ag納米顆粒膜；

(3)在Ag納米顆粒上修飾對巰基吡啶分子：將步驟(2)得到的表面有Ag納米顆粒膜的單晶Si片在對巰基吡啶分子的乙醇溶液中進行浸泡反應2小時后取出，對巰基吡啶分子中的巰基與Ag納米顆粒通過化學鍵進行相連，實現對巰基吡啶分子在Ag納米顆粒表面的修飾，從而得到所述的可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器。

所述的清洗干凈的單晶Si片，其清洗單晶Si片是依次使用丙酮、乙醇、蒸餾水對單晶Si片進行超聲清洗，每次超聲清洗的時間為10分鐘。

所述的硝酸銀與氫氟酸的混合水溶液中的硝酸銀的濃度為5mmol/L，氫氟酸的濃度為4.8mol/L。

所述的對巰基吡啶分子的乙醇溶液中的對巰基吡啶分子的濃度為0.1～1mmol/L。

本發明的可以檢測水溶液中鋅離子的表面增強拉曼散射(SERS)傳感器，可以定性檢測水溶液中的鋅離子；用所述的SERS傳感器檢測含有鋅離子的水溶液，通過對比檢測前后SERS光譜的變化，從而實現對水溶液中鋅離子的定性檢測。該SERS傳感器對鋅離子的定性檢測可以有效排除其它金屬離子，包括Cu²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺、Fe²⁺和Cd²⁺等的干擾。可以檢測水溶液中鋅離子的濃度為1～10mmol/L。