表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及揮發性甲醛的吹掃捕集便攜采樣裝置的構建以及SERS快速檢測揮發性甲醛的方法及應用。揮發性甲醛的吹掃捕集便攜采樣裝置由氣路吹掃系統、采樣系統構成。實際樣品中的揮發性甲醛由高純氮氣吹掃后與衍生化試劑反應，加入增強粒子后然后經拉曼光譜儀檢測。甲醛在酸性條件下與酚試劑在硫酸鐵銨的作用下生成藍綠色化合物，該產物的SERS得到增強，優于甲醛及甲醛的SERS信號，通過測定該藍綠色化合物對甲醛進行間接的定性和定量。本發明采用Au/SiO2作為SERS基底材料，適用于水產品、食品、環境等復雜樣品中揮發性甲醛的測定，具有簡單、快速、選擇性高，適用于現場檢測等優點。
【專利說明】表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及表面增強拉曼光譜(Surface-enhancedRaman scattering, SERS)快速檢測揮發性甲醛方法，尤其涉及SERS快速檢測揮發性甲醛方法及其應用，適用于水產品、食品、環境等復雜樣品中揮發性甲醛的測定。
【背景技術】
[0002]甲醛常溫下無色、具有強烈的刺激性氣味，是最簡單的一種小分子揮發性有機物，對人的眼睛、皮膚、呼吸系統、神經系統等可造成強烈的刺激，并有致畸、致癌危險。
[0003]雖然甲醛可用于防腐，但長期食用含有微量甲醛的食品對人體健康會構成極大危害，我國《食品衛生法》明確規定甲醛和含甲醛的化合物禁止作為食品添加劑使用，國標中也規定食品中不得檢出甲醛。但是，近年來一些不法商販為了保持水產品的鮮度，使水產品在運輸過程中保持表面色澤光亮，增加水產品的韌性和脆感，改善口感，在利益的驅動下人為地在水發產品中添加微量甲醛，嚴重損害了消費者的利益和健康。
[0004]甲醛作為水產品中常見的非法添加劑，其含量水平低，易揮發損失，加之水產品風味基體復雜，因此常規的甲醛分析方法主要為光譜及色譜分析技術如分光光度法、液相色譜法、氣相色譜法、熒光法、化學發光法及催化動力法等。常規的甲醛分析一般依賴大型光譜及色譜儀器進行，靈敏度高、準確度好，但所用儀器和試劑昂貴，檢測成本高，測定樣品耗時長，儀器攜帶不便，不適合甲醛的現場快速分析。因此建立簡單、快速的甲醛檢測方法有重要的意義。
【發明內容】
[0005]本發明構建了揮發性甲醛吹掃捕集便攜采樣裝置并提供了一種SERS快速檢測甲醛的方法，及其在水產品、食品、環境等復雜樣品中甲醛測定中的應用。
[0006]本發明的原理:甲醛自身的拉曼信號很弱，SERS信號也很弱，故不能通過SERS直接測定甲醛。揮發性甲醛經自制采樣裝置采集，在酸性條件下與酚試劑在硫酸鐵銨的作用下生成藍綠色化合物，該產物自身拉曼信號較強，且該產物的SERS信號得到增強，通過測定該藍綠色化合物對甲醛進行間接的定性和定量測定。
[0007]為了實現對樣品中揮發性甲醛的捕集，本發明自制了揮發性甲醛吹掃捕集便攜采樣裝置，由樣品瓶、吸收管以及采樣泵組成。將待測的實際樣品放入樣品瓶中，吸收管內加入衍生化試劑，氣路中通入高純氮氣用來吹掃捕集實際樣品中的揮發性甲醛，實際樣品中的揮發性甲醛通入吸收管發生衍生化反應，得到甲醛衍生化產物，加入增強粒子后經拉曼光譜儀檢測。裝置圖見圖1。
[0008]本發明中甲醛的衍生化反應中選擇了 2，4-二硝基苯肼、酚試劑、乙酰丙酮等作為衍生化試劑，最終選擇了衍生化產物SERS信號強的酚試劑作為衍生化試劑。
[0009]為了實現上述發明目的，本發明采用了以下表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法，其特征在于=SERS快速檢測揮發性甲醛的方法，在酸性條件下與酚試劑在硫酸鐵銨的作用下生成藍綠色化合物，該產物自身拉曼信號較強，且該產物的SERS的信號得到增強，通過測定該藍綠色化合物對甲醛進行間接的定性和定量測定。
[0010]具體來說，上述定性方法包括以下步驟:
[0011]a、取不同濃度的甲醛標準溶液，與酚試劑發生甲醛衍生化反應，后加入過量的硫酸鐵銨溶液，混和均勻，反應液放置25min，得到甲醛-酚試劑衍生化產物；
[0012]b、取一定體積的a步驟所得甲醛-酚試劑衍生化溶液于樣品管內，然后加入一定體積的增強粒子混合均勻，所述增強粒子加入體積與甲醛-酚試劑衍生化溶液的體積比不小于1:50,直接用DeltaNu便攜式拉曼儀檢測；
[0013]c、繪制出不同含量甲醛溶液所對應的表面增強拉曼光譜圖；
[0014]d、構建便攜采樣裝置，用于采集實際樣品的揮發性甲醛；
[0015]e、取待測樣品，采用d中的便攜裝置采樣，與酚試劑發生甲醛衍生化反應，后加入硫酸鐵銨溶液，混和均勻使其發生反應，反應液放置25min，得到甲醛-酚試劑衍生化產物；加入一定體積的增強粒子混合均勻，直接用拉曼儀檢測該樣品的表面增強拉曼光譜，根據步驟c所得拉曼光譜圖中的拉曼位移對樣品進行定性。
[0016]具體地，所述便攜采樣裝置由樣品瓶、吸收管以及采樣泵組成，所述吸收管內裝有酚試劑，樣品瓶的進氣端與氮氣相通，出氣端與吸收管連通且插入吸收管內酚試劑的液面下，吸收管的出氣端位于酚試劑的液面之上，且與采樣泵的進氣口連接，所述采樣泵還設有尾氣排出口。
[0017]作為定性方法，所述酚試劑是3-甲基-苯并噻唑腙溶液；所述步驟c還包括繪制出1275CHT1拉曼位移處的峰高-甲醛含量標準曲線；所述步驟e還包括根據1275CHT1拉曼位移處的峰高-甲醛含量標準曲線計算出樣品中揮發性甲醛的含量。
[0018]具體來說，所述的3-甲基-苯并噻唑腙溶液濃度為1.0mg mL—1 ;所述的硫酸鐵銨溶液濃度為1.0%，溶劑為0.1mol-1的鹽酸溶液。增加增強粒子的濃度，Au/Si02溶膠(2.94X10-4moI L—1，帶針孔，Au納米粒子直徑約為55nm，SiO2包裹的厚度為l_2nm)由廈門大學田中群院士課題組提供。
[0019]所述的樣品管為ImL玻璃管。
[0020]所述增強粒子的體積為10 μ L0
[0021]所述增強粒子為Au/Si02納米溶膠,其中Au/Si02為Au納米粒子表面包被了二氧化硅殼的核殼式結構，所述增強粒子也可以是A g納米溶膠或Au納米溶膠等。
[0022]所述的拉曼儀激發波長為785nm ;激光功率:60mv ;掃描時間:7s。
[0023]用于定性的拉曼位移分別為873，1275，1401和1511cm—1 ;用于定量的拉曼位移為1275CHT1，其中拉曼譜圖特征峰歸屬推測:873cm-1面外彎曲振動，1275cm_l為=C-N伸縮振動，HOlcnT1為=N-N伸縮振動，151 Icm-1為苯環骨架振動。
[0024]進一步地，酚試劑的加入的物質的量與甲醛物質的量的比大于化學反應計量比，所加入硫酸鐵銨與酹試劑的質量比大于1:12。
[0025]本發明還提供表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法在測定水產品、食品或環境中揮發性甲醛含量的應用。
[0026]通過上述步驟可以發現，本發明基于甲醛與酚試劑的特異性衍化反應，采用Au/SiO2納米溶膠為SERS敏感基底，結合自制頂空吹掃采樣裝置及便攜SERS分析技術，構建了實際樣品中痕量揮發性甲醛的可定量SERS現場快速分析新方法。該方法可實際用于實際樣品中痕量揮發性甲醛的快速、準確、定量分析。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0027]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實驗進行詳細說明:
[0028]圖1為采樣裝置及檢測過程圖；
[0029]圖2為甲醛-酚試劑衍生化產物的拉曼和SERS圖；
[0030]圖3為甲醛衍生化選擇性實驗SERS譜圖；
[0031]圖4為不同濃度甲醛-酚試劑衍生化產物的SERS圖，其中，拉曼譜圖特征峰歸屬推測面外彎曲振動:127501為=C-N伸縮振動OlcnT1為=N-N伸縮振動；151 IcnT1為苯環骨架振動；
[0032]圖5為1275CHT1拉曼位移處的峰高-甲醛衍生化產物分析的標準曲線；
[0033]圖6為實際樣品中甲醛-酚試劑衍生化產物的SERS圖。
【具體實施方式】
[0034]本發明SERS快速檢測甲醛的方法及其應用基于以下化學反應:
[0035]
【權利要求】
1.表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法，其特征在于:采用吹掃捕集的方法采集待測樣品中揮發性甲醛，采集過程中揮發性甲醛被酚試劑吸收生成嗪，嗪在酸性溶液中被鐵(III)離子氧化形成藍綠色化合物，通過表面增強拉曼光譜測定該藍綠色化合物從而間接地對揮發性甲醛進行定性和定量分析。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:待測樣品中揮發性甲醛與酚試劑生成的嗪，在硫酸鐵銨的作用下產生具有拉曼響應的藍綠色化合物。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步驟: a、取不同濃度的甲醛標準溶液，與酚試劑發生甲醛衍生化反應，后加入硫酸鐵銨溶液，混和均勻，反應液放置25min，得到甲醛-酚試劑衍生化產物； b、取一定體積的a步驟所得甲醛-酚試劑衍生化溶液于樣品管內，然后加入一定體積的增強粒子混合均勻，所述增強粒子加入體積與甲醛-酚試劑衍生化溶液的體積比不小于 1:50,直接用DeltaNu便攜式拉曼儀檢測； C、繪制出不同含量甲醛溶液所對應的表面增強拉曼光譜圖； d、構建便攜采樣裝置，用于采集實際樣品的揮發性甲醛； e、取待測樣品，采用d中的便攜裝置采樣，與酚試劑發生甲醛衍生化反應，后加入硫酸鐵銨溶液，混和均勻使其發生反應，反應液放置25min，得到甲醛-酚試劑衍生化產物；加入一定體積的增強粒子混合均勻，直接用拉曼儀檢測該樣品的表面增強拉曼光譜，根據步驟c所得拉曼光譜圖中的拉曼位移對樣品進行定性。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述便攜采樣裝置由樣品瓶、吸收管以及采樣泵組成，所述吸收管內裝有酚試劑，樣品瓶的進氣端與氮氣相通，出氣端與吸收管連通且插入吸收管內酚試劑的液面下，吸收管的出氣端位于酚試劑的液面之上，且與采樣泵的進氣口連接，所述采樣泵還設有尾氣排出口。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于:所述酚試劑是3-甲基-苯并噻唑腙鹽酸鹽溶液；所述步驟c還包括繪制出1275cm—1拉曼位移處的峰高-甲醛含量標準曲線；所述步驟e還包括根據1275CHT1拉曼位移處的峰高-甲醛含量標準曲線計算出樣品中揮發性甲醛的含量。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述的3-甲基-苯并噻唑腙鹽酸鹽溶液濃度為1.0mg ml/1 ;所述的硫酸鐵銨溶液濃度為1.0wt%，溶劑為0.1mol 1的鹽酸溶液。
7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于:所述增強粒子為Au/Si02納米溶膠，其中Au/Si02為Au納米粒子表面包被了二氧化硅殼的核殼式結構。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:用于定性的拉曼位移分別為873，1275,1401和1511CHT1 ;用于定量的拉曼位移為1275CHT1，其中拉曼譜圖特征峰歸屬推測:873cm_1C-H面外彎曲振動，1275CHT1為=C-N伸縮振動，1401cm-1為=N-N伸縮振動，151 Icm-1為苯環骨架振動。
9.根據權利要求3中所述方法，酚試劑的加入的物質的量與甲醛物質的量的比大于化學反應計量比，所加入硫酸鐵銨與酚試劑的質量比大于1:12。
10.權利要求1?9任一所述的表面增強拉曼光譜快速檢測揮發性甲醛的方法在測定水產品、食品或環境中揮發性甲醛含量的應用。
【文檔編號】G01N1/24GK103439160SQ201310371538
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】張卓旻, 李攻科, 馬云建, 趙城, 田中群 申請人:中山大學