本發明屬于表面增強拉曼散射,尤其涉及一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底及其制備方法。
背景技術:
1、沙林等神經毒劑具有強致死的特點,水體、大氣等復雜環境中的痕量檢測對于公共安全具有重要的意義。目前,傳統的色譜、質譜等實驗室分析技術靈敏度高,但前處理繁瑣耗時,很難應用于現場快速檢測;而應用于現場快檢的熒光法容易被類似物干擾,造成假陽性。基于貴金屬表面增強拉曼散射(sers)的分子檢測技術,具有速度快、指紋識別、靈敏度等的優點,可望用于復雜環境中神經毒劑的精準識別與痕量檢測。
2、然而,神經毒劑分子屬于典型的弱相互作用分子,很難穩定吸附在貴金屬襯底表面而實現直接檢測。因此,科研人員提出了基于化學捕捉的sers檢測方法。例如,qian?zhao等在“sers-based?ultrasensitive?detection?of?organophosphorus?nerve?agents?viasubstrate’s?surface?modification”(journal?of?hazardous?materials,324,2017,194-202)中提出,在金錐陣列表面修飾巰基乙胺作為捕捉劑分子,通過酰胺反應將溶液中痕量的甲基膦酸(一種沙林模擬劑)捕捉在襯底表面,進而實現sers檢測。然而,由于巰基乙胺與目標分子的鍵合能力不足,在反應過程中需要具有強活化作用的偶聯劑參與,故只能適用于水體環境中目標物的檢測,且檢測時間長。
3、因此,亟需一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底及其制備方法解決上述問題。
技術實現思路
1、為了克服上述現有技術中的缺陷,為此,本發明提供一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底及其制備方法。本發明實現了沙林等神經毒劑的高效檢測。
2、為實現上述目的,本發明采用以下技術方案:
3、一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,包括金屬襯底,金屬襯底由作為基底材料的金屬b以及覆于金屬b表面的金屬a組成,金屬a的表面修飾有可與神經毒劑特異性化學鍵合的捕捉劑分子;捕捉劑分子由巰基、芳香環和強給電性官能團組成。由于空間位阻效應,捕捉劑分子會優先吸附在a金屬上,少量的捕捉劑分子也會吸附在b金屬上。
4、優選的,金屬a的功函數小于金屬b的功函數,可在金屬b和金屬a之間產生接觸電勢,提供表面靜電場。
5、優選的,金屬b為金、銀、銅中的一種。
6、優選的,芳香環為苯環、吡啶環和吡咯環中的一種或兩種及以上的組合。
7、優選的,強給電性官能團為胺基官能團、肟基官能團和烷氧基官能團中的一種或兩種及以上的組合。
8、優選的,金屬b的顆粒直徑為50-150nm。
9、優選的,金屬a的顆粒直徑為0.5-2nm。
10、優選的,捕捉劑分子的結構通式為:
11、
12、其中,n1和n2的數值范圍均為0-5,n3為0或1。
13、為實現上述目的之二,本發明提供一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底的制備方法,具體步驟如如下:
14、s1、采用物理方法或化學方法在基底表面制備具有拉曼活性的金屬b;
15、s2、采用磁控濺射的方法,在金屬b的表面沉積金屬a,制得金屬襯底;
16、s3、配置捕捉劑溶液,將金屬襯底浸泡在捕捉劑溶液中1-60分鐘,獲得用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底。
17、優選的,捕捉劑溶液的摩爾濃度為10-6-10-3m。
18、優選的,基底為硅片、玻璃片和石英片中的一種,基底的尺寸3-30mm2;磁控濺射的濺射電流為1-10ma,時間為10-200s。
19、本發明的優點在于:
20、(1)本發明雙金屬功能化sers襯底是一種基于襯底組分優化的新型sers襯底,通過構筑雙金屬接觸電勢產生局域電場,增強了金屬表面捕捉劑分子的活性,從而實現了沙林等神經毒劑的高效檢測。
21、(2)本發明捕捉劑分子中的巰基用于與金屬a襯底結合;苯環/吡啶環/吡咯環用于增大拉曼散射截面以提高檢測下限;胺基/肟基/烷氧基功能團對神經毒劑具有強親和力,可以與神經毒劑分子共價鍵合,進而實現捕捉。
22、(3)本發明制備的雙金屬功能化sers襯底不僅適用于液相環境檢測,還適用于氣相環境檢測。
1.一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:包括金屬襯底,所述金屬襯底由作為基底材料的金屬b以及覆于金屬b表面的金屬a組成,所述金屬a的表面修飾有可與神經毒劑特異性化學鍵合的捕捉劑分子;所述捕捉劑分子由巰基、芳香環和強給電性官能團組成。
2.根據權利要求1所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述金屬a的功函數小于金屬b的功函數。
3.根據權利要求2所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述金屬b為金、銀、銅中的一種。
4.根據權利要求1所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述芳香環為苯環、吡啶環和吡咯環中的一種或兩種及以上的組合。
5.根據權利要求1所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述強給電性官能團為胺基官能團、肟基官能團和烷氧基官能團中的一種或兩種及以上的組合。
6.根據權利要求1所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述金屬b的顆粒直徑為50-150nm;所述金屬a的顆粒直徑為0.5-2nm。
7.根據權利要求1所述的一種用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底,其特征在于:所述捕捉劑分子的結構通式為:
8.一種如權利要求1-7任意一項所述的用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底的制備方法,其特征在于,具體步驟如如下:
9.根據權利要求8所述的用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底的制備方法,其特征在于,所述捕捉劑溶液的摩爾濃度為10-6-10-3m。
10.根據權利要求8所述的用于有機膦神經毒劑痕量檢測的雙金屬功能化sers襯底的制備方法,其特征在于,所述基底為硅片、玻璃片和石英片中的一種,所述基底的尺寸3-30mm2;所述磁控濺射的濺射電流為1-10ma,時間為10-200s。