研究銀納米粒子的綠色合成及SERS性能與應(yīng)用

王 彥

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院山西太原030009）

研究銀納米粒子的綠色合成及SERS性能與應(yīng)用

王 彥

（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院山西太原030009）

銀納米粒子是由聚乙烯吡咯烷酮和水所合成，其具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)研究分析表明，銀納米粒子其所具備的穩(wěn)定性較高，本身的平均粒徑只有大約18nm，其粒徑大小表明了銀納米粒子有著較高結(jié)晶度。采用銀溶膠對(duì)三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所得到的三聚氰胺檢測(cè)限度可為10mol/L～5mol/L，表明銀溶膠在SERS基底中具有靈敏度高的特性，在環(huán)境保護(hù)及食品安全檢測(cè)領(lǐng)域中有著非常重要的意義和價(jià)值。

三聚氰胺；銀納米粒子；銀溶膠；應(yīng)用價(jià)值

1 前言

表面增強(qiáng)拉曼散射屬于一種特殊的表面光學(xué)現(xiàn)象，它基于顆粒體系及納米尺度的粗糙表面之上，銀納米粒子所具有的特異性及高靈敏度可以有效提升其檢測(cè)分子的拉曼散射信號(hào)的能力[1]。三聚氰胺本身不具有毒性，常作為化學(xué)原料用于工業(yè)中，但三聚氰胺本身的含氮量極高，達(dá)66.5%左右，會(huì)被一些不法商家用來(lái)添加入食品之中，如銷售量大的奶制品。目前對(duì)于三聚氰胺的檢測(cè)方法有許多種，例如液相色譜法、氣相色譜法等等，過(guò)去所使用的方法都有著較大缺點(diǎn)，操作難度大且處理復(fù)雜使得在檢測(cè)工作上得不到良好的檢測(cè)效果，為此，研究出操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的檢測(cè)辦法是當(dāng)今所要進(jìn)行的課題。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

拉曼光譜技術(shù)有著指紋的特性，屬于振動(dòng)光譜技術(shù)，常用于分子結(jié)構(gòu)特征的檢測(cè)，缺點(diǎn)為檢測(cè)靈敏度較低，因此檢測(cè)范圍受到了限制。在1974年，F(xiàn)leischmann開發(fā)了表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)，利用納米結(jié)構(gòu)作為拉曼光譜基底表面，可以讓拉曼信號(hào)的強(qiáng)度顯著提升。事實(shí)上，我國(guó)的SERS能夠檢測(cè)到單分子，因而在未來(lái)檢測(cè)微物質(zhì)的應(yīng)用上可發(fā)揮出無(wú)限的潛力，本次研究采用了硝酸銀、水和聚乙烯吡咯烷酮作為原料合成銀納米溶膠，將其作為SER基底，考察其活性并對(duì)三聚氰胺進(jìn)行更深入的研究和分析[2]。

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料

聚乙烯吡咯烷酮、硝酸銀、對(duì)羥基苯硫酚、三聚氰胺、蒸餾水。

2.2 nm銀顆粒制作

準(zhǔn)備硝酸銀水溶液和PVP水溶液，濃度分布為0.01mol/L和15%，硝酸銀水溶液與PVP水溶液分別準(zhǔn)備10mL，然后將其混合后放置入已經(jīng)備好的100m L燒瓶之內(nèi)，燒瓶需要靜置在恒溫的油浴內(nèi)，利用磁力對(duì)其攪拌，時(shí)間為5h，5h后溶液會(huì)變?yōu)榫G色，最后使用蒸餾水對(duì)其進(jìn)行離心洗滌，洗滌2次以后靜置在水中。

2.3 方法

等離子的光學(xué)特性需要利用紫外-可見分光光度計(jì)來(lái)表征，方法如下：首先準(zhǔn)備好石英比色皿和2mL的銀溶液，將銀溶液放置在石英比色皿中，使用光譜儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量完畢后與蒸餾水進(jìn)行比較。光譜儀掃描的波長(zhǎng)范圍在300nm～800nm，使用透射電子顯微鏡測(cè)量銀納米粒子的粒徑及形狀，然后將加速電壓設(shè)置為50kV。

采用拉曼光譜儀檢測(cè)三聚氰胺，將0.1mL銀溶膠于1mL三聚氰胺溶液進(jìn)行混合，混合溶液需要使用微量移液槍進(jìn)行量取并取出，取出量為100μL，取出后滴在玻璃杯內(nèi)的凹槽內(nèi)，隨即將玻璃片蓋在表面，將短焦鏡頭聚集在表面上，收集所獲得的拉曼信號(hào)。

3 結(jié)果

3.1 銀納米粒子

檢測(cè)使用材料中，PVP屬于非離子型的表面活性劑，它的作用主要是作為穩(wěn)定劑和保護(hù)劑，制備銀納米粒子的過(guò)程之中，PVP的作用是阻斷納米粒子在過(guò)程中的結(jié)合，由于PVP本身?yè)碛幸粋€(gè)羥基，所以PVP也同樣有著穩(wěn)定的還原性。使用PVP合成的銀納米溶膠，使其具有良好的穩(wěn)定性，且銀納米粒子也具備了較良好的單分散性，其平均的粒徑大約在18nm左右。

在紫外可見光的區(qū)域之內(nèi)，金屬納米粒子會(huì)顯現(xiàn)出其表面的等離子體共振性質(zhì)，銀納米粒子之間的聚合是通過(guò)吸收峰的位置與形狀所反映出來(lái)、形態(tài)變化情況以及粒徑大小情況等，本次研究中的銀納米溶液在波長(zhǎng)為410nm時(shí)反映出了較強(qiáng)的等離子吸收峰，有關(guān)研究表明，當(dāng)銀納米粒子的粒徑達(dá)到15nm~30nm時(shí)，其紫外特征吸收峰會(huì)顯現(xiàn)在410nm處，與本次研究結(jié)果基本相一致。

3.2 銀納米粒子SERS性能分析

金屬納米粒子如金、銀、銅等都具備有自身特殊的光學(xué)性能，常常被用作SERS的活性基底部分，銀納米粒子通過(guò)實(shí)驗(yàn)被確認(rèn)為是金屬納米粒子中擁有增強(qiáng)效應(yīng)最高的一種納米粒子，為此，在研究中所使用的納米粒子普遍為銀納米粒子。對(duì)羥基苯硫酚作為Raman模型分子，對(duì)銀納米粒子的SERS活性和檢測(cè)靈敏度進(jìn)行考察。銀溶膠可以檢測(cè)出最低濃度為10mol/L～9mol/L的對(duì)羥基苯硫酚。同樣的，采用銀溶膠對(duì)三聚氰胺進(jìn)行檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，所得到檢測(cè)限度可為10mol/L～5mol/L，表明銀溶膠在SERS基底中具有靈敏度高的特性，因此可用于微量物質(zhì)檢測(cè)分析。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，銀納米粒子所利用的穩(wěn)定劑及還原劑均為綠色且無(wú)毒的原材料，銀納米粒子所含的粒徑只有18nm，其結(jié)晶性非常高，有著良好的分散性，在SERS性能中體現(xiàn)出了較高的靈敏度及高活性，研究出新一代的微量物質(zhì)檢測(cè)方法。為此，銀納米粒子所具有的表面增強(qiáng)拉曼光譜活性更適用于食品安全檢測(cè)、環(huán)境污染物檢測(cè)等領(lǐng)域之中，為食品安全及化學(xué)用品安全帶來(lái)了更深厚的保障，提高人民的生活質(zhì)量，值得更進(jìn)一步的研究。

[1]楊必文,郭周義,劉智明,萬(wàn)明明,覃筱楚,鐘會(huì)清.綠色合成銀納米粒子及其在SERS中的應(yīng)用[J].光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(07): 1816-1819.

[2]廖佳,胡玉玲,李攻科.基于貴金屬納米粒子的SERS活性基底研究進(jìn)展[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào),2015,31(01):131-138.