[发明专利]一种表面增强拉曼光谱基底材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种表面增强拉曼光谱基底材料、制备方法及应用。基底材料为三层复合结构，下层为Au@Ag纳米粒子单层膜，中层为Au@Ag膜上修饰的丙硫醇分子层，上层为厚度200～400nm的聚二甲基硅氧烷膜。本发明提供的三层复合结构基底材料，其中的聚二甲基硅氧烷膜通过物理作用富集流动气体中的单环芳烃气态分子，丙硫醇将分子吸附到Au@Ag膜表面进行增强检测，因此，能有效地富集、固定、检测具有毒性的大气污染物，尤其是对流动气相中的甲苯、苯以及二甲苯，其检测信号强度提高50倍以上，为工业废气、大气环境中的相关污染物的检测，提供了更为灵敏的新方法。

技术领域

本发明涉及一种表面增强拉曼光谱基底材料，特别涉及一种用于识别单环芳烃气态的表面增强拉曼传感基底材料、制备方法及其应用。

背景技术

表面增强拉曼光谱(SERS)技术是一种指纹识别光谱技术，它通过给出被分析物的振动光谱，从而提供其物质结构信息。SERS凭借其能在单分子水平上鉴别分子的能力，在化学传感和环境监测等领域倍受关注，并在液体、大气以及生物组织环境下痕量分子检测中，显示出广阔的应用前景。便携式拉曼仪的出现，则使得被检测物的现场、实时、快速检测成为可能。一般来说，SERS增强来源于电磁场增强和电荷转移增强两方面。前者来源于某些特定金属纳米结构表面产生的局域电场形成的表面等离子体共振(SPR)，SPR对探针分子的拉曼信号具有增强作用，而这种增强作用只在分子距离纳米结构表面一定距离(纳米/亚纳米尺度)时才较为显著。后者是由激发光照射引起的探针分子与金属结构表面产生的电荷转移引起的信号增强，这种增强只有在探针分子与金属结构表面直接接触时才会发生。因此，如何将探针分子固定在增强源 (SERS基底)表面，是获得高质量信号的关键。目前已知含有巯基、氨基、氰基等基团的探针分子通过化学作用吸附在SERS基底上，并产生较好的增强信号，由此降低检测限、提高检测灵敏度；而没有强吸附基团的探针分子，如单环芳烃类探针分子的检测，仍然是SERS检测的一大挑战。由于没有强吸附基团，苯、甲苯、二甲苯等单环芳烃分子难以稳定地吸附在裸露的SERS基底上，所以要直接获得这些分子的SERS信号并不容易。特别是在气相检测中，即使基底具有很强的SERS增强效应，但若气体分子无法有效吸附在基底上的“热点”位置，仍无法得到高质量的信号。

为了解决SERS在气体检测中的难题，目前已有一些相关的尝试，如：在SERS基底上修饰硫醇或硫烷使基底表面呈疏水性，通过基底与探针分子的疏水-疏水作用，将分子吸附在基底上的电磁场增强有效区域(参见文献：N. S. Myoung, H. K. Yoo and I. W.Hwang, J. Nanophotonics, 2014, 8, 0830831.)。

目前，多种挥发、半挥发性有机物，如苯、甲苯、二甲苯及其衍生物，已被职业安全与健康管理局列为有毒害工业有机污染物。该类物质已被证实具有致癌、致突变作用，其挥发产生的气体对人体健康和环境安全有着非常严重的危害。检测此类气体的方法主要有气相色谱(GC)、气质联用(GC-MS)等，但这些方法需要依赖大型、昂贵的仪器，而且制样和分析过程十分复杂、耗时很长，无法实现实时、快速、原位的现场检测，SERS 则可以很好地解决上述问题。虽然已有众多将弱吸附单环芳烃分子固定到SERS基底表面的方法，但对气相中甲苯、苯及二甲苯的固定及检测仍十分罕见。因此，提供一种能快速、简便地检测有机挥发性污染物(气相)的方法显得尤为必要。