一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種水中重金屬離子檢測的檢測系統，尤其涉及一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，屬于化學領域。
【背景技術】
[0002]許多重金屬離子可對人體的健康造成危害，特別是這些重金屬離子廣泛存在于生命器官、日常飲水、食品及廢水中，即使其濃度很低(如10 6mol/L)，由于其在生物體內不可降解，對人體的危害也十分明顯。重金屬在水中不能被分解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結合生成毒性更大的有害物質。重金屬能引起人的頭痛、頭暈、失眠、關節疼痛、結石等；尤其對消化系統、泌尿系統的細胞、臟器、皮膚、骨骼、神經破壞極為嚴重。我國水質重金屬污染嚴重，主要原因是和工業的發展有關，特別是各類化工廠的興建，各地礦業的開發，沿岸工廠的污水排放，都對水源造成了不同程度的破壞，水中污染物也主要為各類有機污染物、重金屬。而我國的工業正在快速發展過程中，隨著資源的不正確處理或者是廢物回收處理不得當，都帶來了極大的重金屬污染的問題。根據《GB8978-1996的污水綜合排放標準》，總萊的最高允許排放濃度為0.05mg/L，總銅的一級排放標準為0.5mg/Lo正是由于重金屬離子可對人體的健康造成嚴重的危害，因此，水中的重金屬離子的檢測在環境保護中具有重要的位置。
[0003]絕大部分的重金屬離子還是用傳統的化學方法測定，比如:火焰原子吸收光度法，根據某元素的基態原子對該元素的特征譜線產生選擇性吸收來進行測定的分析方法。或者是利用試劑之間的相互作用產生特殊的反應的方法進行判斷種類及其含量的多少。而相比于表面增強拉曼光譜檢測的方法，傳統的方法過于復雜繁瑣，采用的步驟比較多，還需要后期大量的計算，所花費的時間也較為長，消耗了大量的人力物力財力，不利于對水質的實時監測。
[0004]拉曼光譜是單色光束入射光的光子與分子發生非彈性碰撞過程中，光子與分子之間發生能量交換，光子不僅改變運動方向，同時光子的一部分能量傳遞給分子，或分子的振動和轉動能量傳遞給光子，從而改變了光子的頻率，這種散射稱為拉曼散射。而表面增強拉曼效應，可以使拉曼信號得到高達幾個數量級的增強，通常是增強來自分子的信號。表面增強拉曼效應中信號的增強主要來自于光與金屬之間的電磁作用。這種作用會通過等離子體共振激發激光場得到強大的增強。要產生這一現象，分子必須吸附在或者非常接近金屬表面。因此基底材料采用納米金，可大大增強拉曼的反射信號。用拉曼光譜儀可以快速檢測到出射光的拉曼散射信號強度，從而得到拉曼光譜圖。通過分析拉曼光譜圖可對離子進行特異性檢測。
【發明內容】
[0005]為了克服上述現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，該檢測系統具有快速有效、檢測靈敏度也較高的特點。
[0006]本實用新型為解決技術問題所采取的技術方案為:
[0007]一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，包括光源(I)、拉曼光譜儀(2)、對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3);光源(I)發射出的激光入射到對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)上，再反射到拉曼光譜儀(2)上，得到待測樣品的拉曼光譜；由于根據拉曼光譜峰值位置可分析出待測樣品的重金屬離子種類，拉曼光譜峰值強度可得到重金屬離子濃度，從而達到檢測水中重金屬離子的目的。
[0008]所述的對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)包括對巰基苯甲酸(301)、金薄膜(302)、載玻片(303)。
[0009]所述的光源⑴工作波長為532nm，拉曼光譜儀⑵測量范圍為1400cm 1至1600cm 1O
[0010]所述的對巰基苯甲酸的分子式為C7H6O2S,分子量為154.19。
[0011]所述的金薄膜(302)是用磁控濺射方法得到，厚度為150納米。
[0012]所述的對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)是將鍍金載波片(302)浸泡在lmmol/L對巰基苯甲酸乙醇溶液中12小時得到的。
[0013]本實用新型的所具有的特點優勢為:
[0014]1、水中重金屬離子的種類與表面增強拉曼光譜的峰值位置有關，其濃度與光譜圖的峰值強度之間存在正比關系。通過測量得到的拉曼光譜圖，可以分析得到水中重金屬離子的成分及具體含量。
[0015]2、操作簡單高效，可以快速確定水中重金屬離子的種類，達到實時監測的目的，不需要耗費大量的人力物力財力。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖及其實施例對本實用新型作進一步說明。
[0017]圖1是本實用新型一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子系統的檢測結構示意圖。
[0018]I為光源；2為拉曼光譜儀；3為對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片；301為對巰基苯甲酸；302為金薄膜；303為載玻片；
[0019]圖2是一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子系統的工作原理示意圖。
[0020]圖3是實驗中不同濃度的Cu2+的拉曼光譜圖。
[0021]圖4是實驗的Cu2+在1462cm 1處拉曼峰強度與濃度的線性擬合圖。
[0022]圖5是Zn離子的拉曼光譜圖。
【具體實施方式】
[0023]以下結合本實用新型的結構和工作原理作詳細說明:
[0024]圖1中，一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，包括光源(1)、拉曼光譜儀(2)、對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載玻片(3)。系統根據圖1連接好之后，光源
(1)發射出的激光入射到對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載玻片(3)上，再反射到拉曼光譜儀
(2)上，得到待測物質的拉曼光譜；由于根據拉曼光譜峰值位置可分析出待測物質的重金屬離子種類，拉曼光譜峰值強度可得到重金屬離子濃度，從而達到檢測水中重金屬離子的目的。
[0025]如圖2的工作原理所示，首先利用檸檬酸三鈉還原法得到粒徑25nm的納米金顆粒溶液，然后將配制好的對巰基苯甲酸乙醇溶液加入到納米金溶液中，搖勻后靜置一小時，得到對巰基苯甲酸修飾的金納米顆粒。將鍍金載波片(302)浸泡在lmol/L對巰基苯甲酸乙醇溶液中12小時得到對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)，之后依次加入待測水樣及對巰基苯甲酸修飾的金納米顆粒，得到如圖2的三明治結構的分子樣品圖，之后采用圖1的方法對其進行拉曼檢測其峰位移及峰強度值的具體數據，得到相應結論。將檢測完畢的載波片完全浸沒入乙二胺四乙酸溶液中，半小時后取出，并用無水乙醇和清水依次清洗，自然干燥，即可重新得到巰基苯甲酸修飾的鍍金載波片，實現循環檢測，節省材料的目的。
[0026]圖3為實驗中不同濃度的離子的拉曼光譜圖，以Cu2+為例。由圖可得到Cu2+的拉曼光譜位置為1462cm 1和1525cm \從圖中可看出，對于不同濃度的同一種離子，其拉曼光譜峰值位置相同，從而判斷出離子種類，而由于樣品的濃度不同，得出的拉曼峰值不同。
[0027]圖4是將實驗的數據結果進行處理，得到1462cm 1處拉曼峰值強度與Cu濃度的正比關系擬合圖，從圖中得到了 1462cm 1處拉曼峰值強度與Cu2+濃度的正比關系公式，y=-3554.409*exp(x*105/-2.55)+97 1 7.90 3，擬合度為0.99。將待測樣品進行拉曼檢測后得到拉曼峰值強度，通過公式進行計算樣品中的重金屬離子的濃度。
[0028]圖5為Zn離子的拉曼光譜圖，對比Cu'拉曼峰值位置在1533nm和1578nm，和銅離子不同，因此可得出不同金屬離子拉曼光譜峰值位置不同，由峰值位置實現重金屬離子種類的判斷。
【主權項】
1.一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，包括光源(I)、拉曼光譜儀(2)、對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3);光源(I)發射出的激光入射到對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)上，再反射到拉曼光譜儀(2)上，得到待測樣品的拉曼光譜；由于根據拉曼光譜峰值位置可分析出待測樣品的重金屬離子種類，拉曼光譜峰值強度可得到重金屬離子濃度，從而達到檢測水中重金屬離子的目的。2.根據權利要求1所述的一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，所述的對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)包括對巰基苯甲酸(301)、金薄膜(302)、載玻片(303)。3.根據權利要求1所述的一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，所述的光源(I)工作波長為532nm，拉曼光譜儀(2)測量范圍為1400cm 1至1600cm 1O4.根據權利要求1所述的一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，所述的對巰基苯甲酸的分子式為C7H6O2S，分子量為154.19。5.根據權利要求2所述的一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，所述的金薄膜(302)是用磁控濺射方法得到，厚度為150納米。6.根據權利要求1所述的一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，其特征在于，所述的對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載波片(3)是將鍍金載波片(302)浸泡在lmmol/L對巰基苯甲酸乙醇溶液中12小時得到的。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于表面增強拉曼光譜的水中重金屬離子檢測系統，屬于化學領域。由光源、拉曼光譜儀、對巰基苯甲酸修飾過的鍍金載玻片組成。水中重金屬離子的種類與表面增強拉曼光譜的峰值位置有關，其濃度與光譜圖的峰值強度之間存在正比關系。通過測量得到的拉曼光譜圖，可以分析得到水中重金屬離子的成分及含量。本實用新型操作簡單高效，可以快速確定水中重金屬離子的種類，達到實時監測的目的，不需要耗費大量的人力物力財力。
【IPC分類】G01N21/65
【公開號】CN204832041
【申請號】CN201520535735
【發明人】范瑜, 郎婷婷, 孔文, 梁明玉
【申請人】中國計量學院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月17日