表面增强拉曼光谱技术快速检测神经性化学毒剂模拟剂

神经性化学毒剂具有毒性高、挥发性好和作用快等特点,在浓度很低的情况下就可以造成很大的伤亡,因此成为现场快速检测的难点。而化学毒剂沙林（甲氟膦酸异丙酯,GB）是一种经常用的军事神经性毒剂,该毒剂可通过抑制乙酰胆碱酯酶来破坏神经系统的功能,同时该毒剂被吸入后在人体内的降解速度很慢。为了避免和降低该类毒剂的污染和对人员伤害,迫切需要发展一种灵敏度高、准确性好、响应时间短和可便携化的检测技术检测GB。表面增强拉曼光谱(SERS)检测方法具有灵敏度高、操作简单和响应速度快的特点,成为检测水中痕量化学毒剂的有效方法之一。将购买的Ag纳米溶胶进行离心,然后将其组装固定在硅基Au膜表面从而制备高SERS增强的基底来对化学毒剂模拟剂甲基磷酸二甲酯（DMMP）的快速检测方法进行研究。在实验中,通过优化团聚剂的离子强度、测试方法等来对检测条件进行优化筛选。通过对比不同的团聚剂HCl,KI,MgSO₄,NaCl和NaOH,最终得到最优的离子强度,从而确定1 mol·L-1的KI为团聚剂时具有最好的效果。分别对不同的检测方法来进行了相应的优化,通过对比芯片法和液态溶胶法,最终发现改进后的芯片法能够获得较好的检测效果。最终确定的检测方法为将1 mol·L-1的KI和待测溶液（DMMP）混匀,然后滴在事先准备的以Ag纳米溶胶为基质制得的SERS芯片上,用波长为785 nm激光的便携式拉曼光谱仪直接进行检测,最低可以测至10 μg·L-1。而在文献资料中报道美军短期（＜7 d）饮用水最大暴露安全指南规定对神经性化学毒剂最低检出限是10 μg·L-1,因此采用该SERS检测方法,满足了军队应对化学战或者恐怖袭击的行动的需要。实验结果表明该方法突破了便携拉曼光谱仪灵敏度低的局限,解决了痕量神经性毒剂现场快速检测难题,拓展了SERS技术在化学侦察领域的应用。     

基于SERS技术快速实现现场毒品检测

本文通过对尿液进行前处理,实现了人体尿液中毒品快速分离和纯化。并且,我们以自组装的金纳米棒为SERS基底对纯化的尿样进行检测,结合便携式拉曼光谱仪成功实现了对尿液中冰毒、摇头丸、甲卡西酮的分析检测,具有很高的灵敏性。整个纯化和检测过程只需要~3.5min,该方法方便、快捷,有望能实现现场对吸毒人员尿样中毒品的灵敏性检测。     

状态转变增强拉曼光谱

表面增强拉曼散射(SERS)是公认的超灵敏的光谱工具.和传统的优化SERS基底材料或构筑完美的结构策略相比,我们提出了一种极其简单和灵敏的方法,该方法被命名为状态转变增强拉曼光谱(STERS).这种STERS检测方法可广泛的应用于毒品安全检测、食品安全和环境保护等方面.如果我们把这种方法和便携式拉曼光谱仪结合,这种应用...     

农药残留检测中表面增强拉曼光谱的研究进展

农药直接污染环境和食物,最终被人体吸收。其残留物具有高毒性,对人体健康造成严重影响。色谱法、气液色谱串联质谱法等在农药残留检测中应用较为广泛,但存在预处理步骤复杂、费时耗力等缺点。表面增强拉曼光谱（SERS）技术因具备灵敏度高、特异性好、提供全面指纹信息且对样品无损等优点被视为一种新型农残检测方法,可通过简单提取实现液体或固体样品中痕量农药残留的高效检测。在这篇综述中,主要从SERS的增强基底制备、检测方法以及光谱智能解析三个方面对农药残留SERS检测技术及方法的研究进展进行综述,以期为农药残留检测方法提供新的参考。首先,针对SERS增强基底制备,单一的贵金属溶胶纳米颗粒因其“热点”随机、不可控等因素导致稳定性和灵敏性较差,已不能满足痕量农药残留检测。为提高SERS基底的吸附能力使待测物在其表面富集且信号不发生显著变化,对单一贵金属溶胶纳米颗粒进行组装,或加入化学物质、惰性材料等进行修饰制备均一性高的SERS复合基底,保证SERS信号有良好的重现性和灵敏性。其次,为了实现特异性和高灵敏检测,SERS检测方法不再只以单纯的金、银纳米颗粒作为增强基底,而是逐渐趋向于优化样本前处理技术、化学修饰法制备特异性SERS探针、基底物理结构突破以及动态SERS（D-SERS）检测等方向发展。在获得物质的拉曼光谱后,有效拉曼特征区通常在较短的波数范围内,而光谱数据高达上千维,冗余较多,导致后续分析复杂度增加。SERS光谱智能分析则采用化学计量学方法对原始光谱进行预处理、特征提取和模型构建,实现数据降维和主要信息提取,进而实现农残的定性与定量。综上,SERS作为一种快速检测农药残留的方法具有很好的发展前景,可为今后的分析检测领域提供新的借鉴。     

Microbiological identification by surface-enhanced Raman spectroscopy

New methods for pathogens identification are of growing interest in clinical and food sectors. The challenge remains to develop rapid methods that are more simple, reliable, and specific. Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) appears to be a promising tool to compete with current untargeted identification methods. This article presents the intensive research devoted to the use of SERS for bacterial identification, from the first to the very recent published results. Compared to normal Raman spectroscopy, the introduction of nanoparticles for SERS acquisition introduces a new degree of complexity. Bacterial Raman fingerprints, which are already subject to high spectral variability for a given strain, become then very dependent on numerous experimental parameters. To overcome these limitations, several approaches have been proposed to prepare the sample, from the microbiological culture conditions to the analysis of the spectrum including the coupling of nanoparticles on the bacterial membrane. Main strategies proposed over the last 20 years are examined here and discussed in the perspective of a protocol transfer towards industry.     

单壁碳纳米管束针尖增强近场拉曼光谱探测实验研究

针尖增强近场拉曼光谱术是最近发展起来的光谱技术。金属探针在获得样品纳米局域表面形貌的同时,受激光激发,在针尖附近产生增强电磁场,得到与形貌位置精确对应的针尖增强局域拉曼光谱,形貌和光谱的结合实现了纳米局域的光谱指认。文章建立了一套针尖增强近场拉曼光谱测量装置,并用此装置对电弧法合成的单壁碳纳米管进行了近场拉曼光谱探测。测量了直径为100 nm单壁碳纳米管束的针尖增强拉曼光谱,进一步得到至多3根单壁碳纳米管的近场拉曼光谱,实现了超衍射分辨光谱探测。通过与远场拉曼光谱比较发现,针尖增强近场拉曼光谱的增强因子大于230倍。实验证明,同时具有超衍射空间分辨和拉曼光谱信号增强能力的针尖增强近场拉曼光谱术将是纳米材料和纳米结构表征的一种重要方法。     

纺织品中邻苯二甲酸酯的表面增强拉曼光谱快速检测

随着绿色纺织理念的不断深入,国际上对于纺织品中的有毒有害化学品越来越重视。纺织品中常用的邻苯二甲酸酯(PAEs)具有生殖毒性、致突变和致癌性,可通过空气、水、食物三大途径进入人体,干扰人体的内分泌系统。由于PAEs对生态系统和公共卫生环境潜在不利的影响,近年来引起越来越多人们的关注。目前,检测PAEs的方法主要是色谱法和色-质联用法,这些方法虽然灵敏度高,但是存在着前处理繁琐复杂,耗时久,检测成本高,需要专业技术人员等缺点,不适合生产过程中的快速分析。而其他方法如,酶联免疫法等研究较少,且存在样品基质干扰,易出现假阳性等问题。因此,建立纺织品中邻苯二甲酸酯的快速分析技术具有重要意义。表面增强拉曼光谱(SERS)作为一种分子振动光谱可提供丰富的分子结构信息,具有极高的灵敏度,广泛应用于食品安全、环境监测和国家安全等领域。研究中提出并建立了一种结合便携式拉曼光谱仪,利用SERS实现纺织品中邻苯二甲酸酯的快速定量检测方法。首先利用水合肼将非水溶性的邻苯二甲酸酯类化合物转化为水溶性的邻苯二甲酰肼。同时,利用纳米金溶胶作为SERS基底,使转化后的邻苯二甲酰肼吸附于金溶胶表面,从而实现其拉曼信号的放大与检测。结果表明,通过这种方法,可实现多种邻苯二甲酸酯的快速检测。进一步研究还表明,在5~150 mg·L^-1范围内,邻苯二甲酸酯浓度与其拉曼光谱强度呈线性关系,线性方程为Y=139.04X+5 465.32,相关系数为0.993 0,检出限为5 mg·L^-1。利用该方法,还实现了不同纺织品中多种邻苯二甲酸酯的快速检测,加标回收率达80%以上,且不受纺织品中其他成分的干扰。所建立表面增强拉曼光谱检测方法操作简便、成本低且结果准确,适用于纺织品中邻苯二甲酸酯类增塑剂的快速定量检测。     

基于表面增强拉曼光谱检测技术的肺癌早期诊断研究

表面增强拉曼光谱技术是近年来快速发展的一种痕量特征标记性物质检测技术,以提高检测灵敏度为目的的表面增强拉曼光谱技术非常适合于生命科学研究。本文利用表面增强拉曼光谱技术对肺癌患者及正常人的唾液样本进行检测,并进行光谱分析,建立了肺癌患者唾液样本的实验模型,对该模型系统分析可为肺癌诊断提供辅助依据。统计学分析效果良好,并发现了分类比较明确的特异性波段1015cm-1～1070cm-1和1250cm-1～1280cm-1。在找出的12个特征峰的基础上应用K-均值方法验证了其判别准确性,结果提示提取的12个特征峰有一定的代表性,能够代表近2000个波数的拉曼光谱图,灵敏度较特异度高,说明该方法适合预防性筛查工作。     

Applications of Raman spectroscopy in herbal medicine

Raman spectroscopic techniques are a group of chemical fingerprint detection methods based on molecular vibrational spectroscopy. They are compatible with aqueous solutions and are time saving, nondestructive, and highly informative. With complementary and alternative medicine (CAM) becoming increasingly popular, more people are consuming natural herbal medicines. Thus, chemical fingerprints of herbal medicines are investigated to determine the content of these products. In this study, I review the different types of Raman spectroscopic techniques used in fingerprinting herbal medicines, including dispersive Raman spectroscopy, resonance Raman spectroscopy, Fourier transform (FT)–Raman spectroscopy, surface-enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy, and confocal/microscopic Raman spectroscopy. Lab-grade Raman spectroscopy instruments help detect the chemical components of herbal medicines effectively and accurately without the need for complicated separation and extraction procedures. In addition, portable Raman spectroscopy instruments could be used to monitor the health and safety compliance of herbal products in the consumer market.     

纯钛电极上的表面增强拉曼光谱研究

采用机械粗糙、电化学氧化还原、化学刻蚀等方法对纯钛电极表面进行粗糙,在钛基底上获得了表面增强拉曼光谱(SERS)信号。初步的实验结果表明,采用机械粗糙和电化学氧化还原方法能够获得具有一定粗糙度的电极表面,但是该表面并不具有SERS活性。而采用氢氟酸化学刻蚀方法能够获得具有SERS活性的表面,并且成功检测到吡啶分子的表面增强拉曼信号。实验尝试了在不同条件下进行刻蚀,对酸的刻蚀浓度、刻蚀时间、外接电位等影响因素作了研究,结果发现基底的SERS活性随氢氟酸浓度增大而出现最佳条件,即氢氟酸浓度0.33 Wt%,刻蚀时间为5 min时的拉曼信号最好。实验以0.01 mol·L-1吡啶为探针分子,0.1 mol·L-1 KCl为电解质,在开路电位下成功地观察了钛电极上的表面增强拉曼光谱。     

激光拉曼光谱技术对氯代有机混合物的快速检测研究

为实现对有机物混合物的快速、无损检测,提出一种基于激光拉曼光谱技术的二维分析方法。研究结果表明,采用532 nm波长激光作为激发光源,观测到236.2,348.9,449.4,513.6 cm-1四条振动拉曼谱线,且这些谱线的强度比为6.4∶1.7∶9.4∶1.0,可确定四氯乙烯的存在。观测到707.5,1 087.9,1 175.8, 3 078.6 cm-1四条振动拉曼谱线,其强度比为9.6∶6.4∶1.0∶3.9,可确定氯苯的存在。即通过综合分析特征谱线及若干特征谱线的强度比,可快速判断有机混合溶液中某种物质的存在。在定量分析方面,采用多光谱分析结合最小二乘法拟合提高了测量的可靠性,所测样品浓度的准确率为98.4%。本研究为有机物混合物成分识别和浓度探测提供了一套可行的光谱测量方法,有着十分重要的应用前景。     

Study of Raman spectrum of uranium using a surface‐enhanced Raman scattering technique

Raman spectroscopic investigation on weak scatterers such as metals is a challenging scientific problem. Technologically important actinide metals such as uranium and plutonium have not been investigated using Raman spectroscopy possibly due to poor signal intensities. We report the first Raman spectrum of uranium metal using a surface‐enhanced Raman scattering‐like geometry where a thin gold overlayer is deposited on uranium. Raman spectra are detected from the pits and scratches on the sample and not from the smooth polished surface. The 514.5‐ and 785‐nm laser excitations resulted in the Raman spectra of uranium metal whereas 325‐nm excitation did not give rise to such spectra. Temperature dependence of the B_3g mode at 126 cm⁻¹ is also investigated. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

真菌鉴别和检测的SERS光谱技术研究进展

真菌是一种广泛存在于自然界的病原微生物,具有细胞核、细胞壁等结构,可以引起动、植物和人类的多种疾病.真菌感染是临床上常见的感染性疾病之一,使得近年来针对真菌的高效检测及真菌相关领域的研究备受关注.目前真菌的传统检测方法主要有培养、镜检与分子生物学检测法等,均具有操作复杂、耗时等缺点.表面增强拉曼散射(SERS)技术以其...     

银电极表面上C60薄膜的表面增强拉曼光谱研究

在银电极表面形成一层C60薄膜,分别在乙腈溶液和水溶液中进行表面增强拉曼光谱(SERS)研究并将两者进行比较,从而消除了溶液中的C60干扰表面吸附C60的SERS谱图的可能性.研究结果表明,C60分子对称性的降低导致SERS谱峰发生了分裂;表面电磁场的作用使得光谱选律在SERS效应中被拓宽,产生了新的拉曼谱峰.该结果与团簇吸附在粗糙银电极表面的C60分子的研究结果相似.与之不同的是在乙腈溶液和水溶液中的SERS谱图的低波数区内分别在348和311 cm-1左右出现一个新峰,经过分析可认为该峰与C60-金属基底的相互作用有关.     

便携式拉曼光谱仪快速检测唾液中盐酸吡格列酮的含量

人体唾液与血液中的相应成分有着密切关系。利用唾液代替血液进行检测,可极大地缩短分析时间、减少检测限制、降低安全隐患等,因此在临床医学、毒品管控等方面均有重要意义。发展了便携式拉曼光谱仪利用表面增强拉曼光谱技术快速定量检测唾液中盐酸吡格列酮(口服降血糖药物)含量的方法。借助纳米金溶胶的表面增强拉曼散射效应,在激发光源波长为785 nm时,可以得到低浓度盐酸吡格列酮的高质量拉曼光谱图。同时,不同浓度盐酸吡格列酮表面增强拉曼光谱分析结果表明,该方法还可直接用于唾液中盐酸吡格列酮的定量检测。盐酸吡格列酮含量与其特征峰强度线性相关,相关系数为0.992 3,且最低检测浓度达10 μg·L-1。     

非水体系中甲酸在铂电极上催化氧化的表面增强拉曼光谱研究

采用共焦显微拉曼系统研究了甲酸在非水体系中的纯多晶铂电极上的表面增强拉曼光谱,实验发现电位较低时甲酸首先在粗糙铂电极表面生成CO中间体,当电位逐渐变正并高于0.1 V时CO开始氧化,但是此时新生成的CO足以弥补其氧化的消耗,表现在Raman强度和一定覆盖度下的耦合作用并没有减少。当电位达到约0.6 V时CO的氧化速度进一步加剧并完全氧化为最终产物CO₂。     

利用拉曼光谱技术检测中蒙药中朱砂的研究

朱砂有凉性、解热、收敛作用,一般以粉末状入药于中药或蒙药中。然而朱砂具有一定的毒性,因此有必要对药品中朱砂的含量进行检测分析。利用便携式拉曼光谱仪对朱砂进行了鉴别分析,获得了朱砂较为全面的分子结构振动信息。实验结果显示朱砂的拉曼光谱在253,290和343 cm-1等处出现了较强的拉曼特征峰,文中确定以此三处特征峰作为研究对象。同时,检测了蒙药八味止血红花散、朝伦-雄胡-5、外用溃疡散以及中药口腔溃疡散的拉曼光谱。结果在含有朱砂的几种蒙药八味止血红花散、朝伦-雄胡-5和外用溃疡散均检测到了朱砂的特征峰,而在不含有朱砂的中药口腔溃疡散中未检测到拉曼特征峰。此外,对口腔溃疡散中的朱砂进行半定量分析,检测极限可达到质量分数的10%左右。拟合得到了中药口腔溃疡散的拉曼光谱特征峰强度与其中朱砂的掺杂量之间的关系,获得曲线的相关系数r=0.995 9,验证了拟合结果的准确性。该拉曼光谱检测方法具有快速、简便、准确等优点,值得在中蒙药成分鉴定方面得到广泛的应用。     

结合异常样本检测的汽油族组成拉曼光谱分析

汽油族组成不仅决定了汽油品质,同时直接关系到燃烧尾气对环境的影响。文章成功地将拉曼光谱分析技术应用于汽油族组成的定量分析。通过对校正集进行异常样本检测,剔除个别异常样本,有效地提高了偏最小二乘的模型精度,得到了较好的预测效果。芳烃含量、烯烃含量和氧含量的标准预测误差分别达到了0.23,0.52和0.143,其预测复相关系数分别达到了0.987,0.927和0.971。实验结果表明：采用拉曼光谱分析技术可以有效的解决汽油族组成的定量分析问题,其分析精度显著高于近红外光谱法与多维气相色谱法;同时也适用于汽油生产过程中的在线分析。     

炸药爆轰合成纳米金刚石的拉曼光谱和红外光谱研究

用负氧平衡炸药爆轰法合成纳米金刚石,并用粉末X射线衍射(XRD)仪、激光Raman光谱仪和红外光谱仪等分析仪器对其结构进行表征。XRD结果表明,纳米金刚石为立方结构,由于其内部结构的高密度缺陷、杂质原子的夹杂使谱线偏离,晶格常数比静压合成的大颗粒金刚石大0.72%。由于金刚石晶粒细小,Raman光谱特征峰产生宽化,并且向小波数方向偏移了3 cm-1,此外在纳米金刚石中还含有极少量的石墨。红外光谱测试结果中,3 422 cm-1吸收峰为O—H伸缩振动峰;在1 634 cm-1出现了H₂O的弯曲振动峰,表明在纳米金刚石样品粉末中含有水分;2 930和2 857 cm-1是CH₂的反对称和对称伸缩振动吸收峰;2 971 cm-1是CH₃的反对称伸缩振动吸收峰,说明样品中存在极少量的碳氢化合物;1 788 cm-1吸收峰为CO伸缩振动吸收峰。文章从纳米金刚石的生成机理上分析了产生这些峰位的原因,结果表明纳米金刚石属于Ⅰ型金刚石,在它之中含有ⅠaA型和Ⅰb型金刚石,ⅠaA型金刚石的含量比Ⅰb型金刚石多。     

X-射线拉曼散射(XRS)

在讲述X-射线拉曼散射(谱)的基本原理, 实验设备及应用之前, 介绍了我国第四代光源(即第三代同步辐射光源)及其基本结构、特性, 这些是光物理研究中必备条件。此外, 与已有的元激发光谱作了比较; 最后还指出可能的发展方向。