介孔硅包金棒多聚體的制備及其對塑化劑的SERS檢測

張樂，汪倩倩，王娟，葛子盼，王欣如，徐維平

(1.安徽中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院，安徽 合肥 230000；2.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 附屬第一醫(yī)院(安徽省立醫(yī)院)，安徽 合肥 230000)

塑化劑(增塑劑)廣泛地用于增加塑料包裝的柔韌性和延展性[1]，鄰苯二甲酸酯(PAEs)類塑化劑是最常用的一類，但PAEs因其化學(xué)結(jié)構(gòu)與內(nèi)源性雌性激素相似，會在進(jìn)入人體后干擾正常的激素水平[2]。表面增強(qiáng)拉曼(SERS)技術(shù)[3-4]克服了經(jīng)典檢測方法[5]前處理復(fù)雜、耗時(shí)久的問題[6-7]，而SERS的增強(qiáng)效果主要來源于其基底中的熱點(diǎn)[8-9]，所以合成穩(wěn)定且具有豐富熱點(diǎn)的基底是SERS技術(shù)中最重要的領(lǐng)域。

本文通過乙醇和半胱氨酸誘導(dǎo)金納米棒形成多聚體來提供大量熱點(diǎn)，在金棒多聚體外包裹介孔硅殼層使該基底更為穩(wěn)定。該基底有較高的靈敏性和重復(fù)性，有望應(yīng)用于實(shí)際食品檢測中。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、抗壞血酸(AA)、硝酸銀、無水乙醇、三水合四氯金酸(HAuCl4·3H2O)、硼氫化鈉、L-半胱氨酸(L-CYS)、氫氧化鈉、二水合檸檬酸三鈉(Cit)、鄰苯二甲酸丁基芐酯(BBP)、硝酸、正硅酸四乙酯(TEOS)均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水(DIW)，自制；白酒，購于超市。

HT7700透射電子顯微鏡；KQ-300E超聲波清洗機(jī)；UV-2600紫外-可見近紅外分光光度儀；LABRAM-HR激光共聚焦拉曼光譜儀。

1.2 Au NRs polymer @mSiO2基底的制備

1.2.1 Au NRs的制備 以文獻(xiàn)[10]中方法制備Au NRs。

1.2.1.1 制備種子溶液 取0.1 mol/L CTAB溶液 10 mL 加入25 mL圓底燒瓶中，加入1% HAuCl4溶液103 μL，在27 ℃下，以500 r/min的速度攪拌的同時(shí)，快速加入冰浴的0.01 mol/L NaBH4溶液 0.6 mL，攪拌3 min后，避光靜置2 h。

1.2.1.2 制備AuNRs 在27 ℃的水浴下，取0.1 mol/L CTAB溶液 100 mL于500 mL的燒杯中，加入8 mmol/L AgNO3溶液1.25 mL、2 mol/L HNO3溶液1 mL、1% HAuCl4溶液2.06 mL，輕搖混勻，再加入0.1 mol/L AA溶液0.6 mL，待數(shù)秒后溶液變?yōu)闊o色，加入種子溶液120 μL，在27 ℃下避光靜置4 h。劇烈搖晃，以終止金棒生長。

1.2.2 多核介孔硅包金納米棒(Au NRs polymer @mSiO2)的制備 取20 mL上述金棒溶液，以DIW清洗2次(8 000 r/min)，重分散于5.6 mL 1 mmol/L CTAB溶液中，然后依次向其中加入1.4 mL無水乙醇、1 mmol/L L-CYS溶液80 μL、0.1 mol/L NaOH溶液45 μL、1 mmol/L Cit溶液630 μL，攪拌5 min后，分3次向其中加入15% TEOS乙醇溶液共90 μL，每次間隔30 min，攪拌24 h。

1.3 基底的靈敏性和重現(xiàn)性考察

取結(jié)晶紫(CV)為SERS探針分子，取1 mL上述Au NRs polymer @mSiO2溶液以8 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心去除上清液后，分別加入不同濃度CV溶液，混勻，滴在干凈硅片上，干燥后進(jìn)行SERS檢測，以考察基底的靈敏性。取濃度為10-6mol/L的CV溶液與離心后的基底混勻，滴在干凈硅片上，并在該基底上取30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行塑化劑的SERS檢測，以考察該基底的重復(fù)性。

1.4 塑化劑BBP的檢測

選取BBP為代表性塑化劑，以拉曼光譜儀進(jìn)行測試，積分時(shí)間為3 s，激發(fā)波長為633 nm。

1.4.1 基底對PAEs的靈敏度檢測 取1 mL Au NRs polymer @mSiO2溶液，離心(8 000 r/min)后去除上清液，分別加入不同濃度的BBP乙醇溶液，混勻，滴在干凈硅片上，進(jìn)行塑化劑的SERS檢測。

1.4.2 酒中塑化劑的SERS檢測 以外加法配制不同濃度的BBP-酒混合溶液，加入離心后的基底中，混勻，滴在干凈硅片上，進(jìn)行酒中塑化劑的SERS檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 Au NRs polymer @mSiO2的表征

圖1(a)為金納米棒的透射電鏡圖(TEM)，圖1(b)為金納米棒的紫外可見吸收光譜圖，圖1(c)為Au NRs polymer @mSiO2的透射電鏡圖(TEM)，圖1(d)為Au NRs polymer @mSiO2的紫外可見吸收光譜圖。

圖1 (a)金納米棒的TEM圖；(b)Au NRs的紫外可見吸收光譜圖；(c)Au NRs polymer @mSiO2的TEM圖；(d)Au NRs polymer @mSiO2的紫外可見吸收光譜圖Fig.1 (a) TEM image of Au NRs;(b) UV-visible absorption spectrum of Au NRs;(c) TEM image of Au NRs polymer @mSiO2;(d) UV-visible absorption spectrum of Au NRs polymer @mSiO2

由圖1(a)可知,通過種子生長法制備的金納米棒長徑比分布于3～4內(nèi)，且形狀較為均一。由圖1(b)可見,金棒的兩個(gè)表面等離子體共振峰(SPR)，分別是715 nm處的縱向等離子體共振峰及514 nm處的橫向等離子體共振峰，說明成功地制備出了金納米棒。由圖1(c)可知，Au NRs polymer @mSiO2材料是被介孔硅殼層包裹的金納米棒多聚體，且金棒在殼層內(nèi)以邊對邊的形式進(jìn)行組裝。由圖1(d)可知，該材料溶液的紫外-可見消光光譜715 nm處縱向SPR藍(lán)移至710 nm處，514 nm處橫向SPR紅移至529 nm處，且強(qiáng)度相對升高，說明成功地形成了金棒多聚體。

2.2 Au NRs polymer @mSiO2的SERS靈敏性及重復(fù)性考察

基底的SERS靈敏性和重復(fù)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 不同濃度CV的SERS光譜圖(a)及其散點(diǎn)圖(b)；10-6 mol/L 濃度CV的二維mapping圖(c)及其柱狀圖(d)Fig.2 SERS spectra (a) and scatter plots (b) of CV at different concentrations; 2D-mapping (c) and histogram (d) of 10-6 mol/L CV

由圖2(a)可知,803，914，1 173 cm-1處的CV特征拉曼峰峰值與C—H鍵振動及放射狀芳香骨架振動有關(guān)，1 374，1 620 cm-1處峰值則歸屬于N-phenyl伸縮振動和芳香環(huán)的振動[11]?；讬z測CV時(shí)，檢測限可達(dá)10-8mol/L，靈敏性較高。

在每個(gè)濃度拉曼數(shù)據(jù)中選取3組1 173 cm-1處強(qiáng)度數(shù)據(jù)做出CV濃度與拉曼強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖見圖2(b)。選取10-6mol/L CV作為分析物，隨機(jī)在滴加有該濃度CV的基底上選取30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行SERS檢測，得到了圖2(c)中的二維mapping圖，圖中CV特征拉曼帶清晰可見。同時(shí)以這30次SERS檢測中 1 173 cm-1處峰強(qiáng)度做強(qiáng)度柱狀分布圖2(d)，可知這30個(gè)點(diǎn)的SERS檢測強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差為8.53%，表明Au NRs polymer @mSiO2重現(xiàn)性較好。

2.3 鄰苯二甲酸丁基芐酯(BBP)的SERS檢測

圖3 不同濃度BBP的SERS光譜圖(a)及其散點(diǎn)圖(b)Fig.3 SERS spectra (a) and scatter plots (b) of BBP at different concentrations

2.3.2 酒水中BBP的檢測 圖4為BBP-白酒混合溶液的SERS檢測圖。BBP濃度分別為5.2, 2.6, 1.3 mg/kg。世衛(wèi)組織(WHO)規(guī)定，每日塑化劑的耐受攝入量為1.3 mg/kg(體重/d)，故選取該數(shù)值為檢測最低限。

圖4 某酒水中不同濃度BBP的SERS光譜圖(a)及其散點(diǎn)圖(b)Fig.4 SERS spectra (a) and scatter plots (b) of different concentrations of BBP in a liquor

由圖4(a)可以清晰地看到位于1 003 cm-1處的特征峰。由3組1 003 cm-1處BBP濃度與拉曼強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖4(b)可知，SERS強(qiáng)度與酒中BBP的濃度呈正相關(guān)，表明該基底有應(yīng)用于酒中BBP檢測的潛力。

3 結(jié)論

(1)通過乙醇和半胱氨酸誘導(dǎo)金棒形成多聚體后，在金棒多聚體外包裹介孔硅殼，制備出Au NRs polymer @mSiO2基底。以CV為探針分子進(jìn)行SERS檢測，發(fā)現(xiàn)該基底的靈敏性較高、重復(fù)性較好，對CV的檢測限可達(dá)10-8mol/L。對BBP的檢測限可達(dá)10-8mol/L。

(2)該基底用于BBP-酒混合溶液的檢測，可得到較為清晰的BBP特征峰，說明該基底有應(yīng)用于檢測酒水中的塑化劑的潛力。