多环芳烃水溶液的表面增强拉曼光谱研究.doc

多环芳烃水溶液的表面增强拉曼光谱研究多环芳烃是一类广泛存在于自然环境中的两个或两个以上苯环以稠环形式连接形成的持久性有机污染物，其较强的致癌、致畸和致突变作用，给生态环境和人体健康带来极大危害，已被世界各国列为优先控制污染物。目前应用于多环芳烃的检测方法虽灵敏度较高，但仪器昂贵，操作繁琐，耗时长，只能在实验室使用而无法实现实时原位监测。表面增强拉曼散射（SERS）光谱作为一种识别和区分不同物质结构的指纹光谱，具有信息含量丰富、灵敏度高、无需样品预处理且操作简便的优点，有望实现对水中痕量污染物PAHs的实时快速探测。为了应用SERS光谱技术探测PAHs，实验室搭建拉曼光谱探测系统，以金溶胶与金溶胶膜为基底，对多环芳烃中常见的萘、蒽、菲、芘进行了探测与分析。本文分别以金属溶胶法与自组装法制备了SERS活性基底并进行了参数优化。首先采用柠檬酸钠还原氯金酸的方法制备金溶胶，研究了加热时间对金溶胶光学性质及SERS活性的影响，将加热时间确定为1小时，通过改变加入柠檬酸钠量的多少合成了平均粒径分别为23±2nm、32±3nm、40±5nm、58±8nm、65±9nm的金纳米颗粒。为了提高PAHs的探测灵敏度，探索研究了pH值、氯离子对溶胶光学性质及多环芳烃增强效果的影响，研究表明改变pH值及加入氯离子均能促进纳米颗粒的聚集，有效增强多环芳烃的拉曼信号，通过对比，pH=13时效果最佳，说明OH-离子能更好地促进多环芳烃分子与纳米颗粒的吸附，起到“搭桥”作用，与pH=6相比，pH=13时谱线强度提高20倍以上，继续研究了pH=13条件下不同粒径金溶胶在632.8nm激发光下增强效果的不同，确定了金溶胶体系在632.8nm激发光下对PAHs探测的最优参数为平均粒径为32±3nm且溶液pH=13。进一步采用改进的自组装法制备了金溶胶膜，分别将三氨丙基三甲氧基硅烷（APTMS）处理的石英片轮流浸入金溶胶和吡咯烷酮溶液制备了不同层数的金溶胶膜，研究了785nm激发光下不同层数金溶胶膜SERS活性的差异，消光光谱显示层数不同会改变等离子共振吸收峰的位置，并确定5层金溶胶膜的增强效果最好。以参数优化的金溶胶为基底，通过搭建的632.8nm光谱探测系统，对不同浓度的萘、蒽、菲、芘溶液及混合溶液进行了SERS光谱探测，并对特征峰位进行了初步归属，探测到的最低浓度分别为20nM、4nM、4nM、4nM，以溶液浓度和特征峰强度为研究对象进行了线性拟合，线性拟合相关系数均在0.985以上，混合溶液的SERS光谱中，由于竞争吸附及相互之间的干扰，峰强稍微有所降低，仍能清晰地分辨出各自的特征峰。以5层金溶胶膜为基底，使用785nm显微拉曼光谱仪，对蒽与芘进行了探测和分析，探测到的最低浓度均为10nM，并获得了蒽与芘混合溶液的SERS光谱。研究结果表明，本文所使用的两种SERS活性基底，均有较高灵敏度及应用价值，有望实现对多环芳烃水溶液的定量分析，也为未来实时快速检测多环芳烃提供了实验基础。