基于SERS技術的三聚氰胺檢測

基于SERS技術的三聚氰胺檢測目錄一、引言 11.1表面增強拉曼光譜（SERS）技術簡介 11.1.1拉曼光譜介紹 11.1.2表面增強拉曼技術 11.2SERS技術的現(xiàn)狀 21.3食品安全現(xiàn)狀及面臨的問題 31.3.1食品添加劑的使用現(xiàn)狀及問題 31.3.2三聚氰胺的危害 31.4.三聚氰胺檢測技術現(xiàn)狀 41.5研究目的及意義 4二、實驗材料與表征方法 52.1前言 52.2藥品與儀器 52.3表征檢測原理及儀器 6三、基底的制備與表征及其SERS性能的測試 73.1花狀TiO2微球的制備 73.2花狀TiO2/Ag納米微球的制備 83.3檢測樣品的制備 93.4基底的表征 93.5SERS性能的測試 10四、總結 12參考文獻 13致謝 14摘要：三聚氰胺因其超高的含氮量，常被不良商家添加進乳類制品中，以提高其檢測蛋白質含量，三聚氰胺具有毒性，進入人體會對肝臟腎臟等器官造成嚴重危害，因此對于食品中三聚氰胺的檢測極為重要。表面增強拉曼光譜（SERS）技術具有很高的靈敏度和準確性。SERS利用特定的納米結構作為基底，通過增強拉曼散射信號，使得極低濃度的三聚氰胺也能被有效檢測。本論文以花狀TiO2/Ag納米微球為基底，通過過濾的方法將其與濾紙復合，獲得柔性基底，結果顯示該方法具有靈敏度高、準確性好、操作簡便等優(yōu)點，對三聚氰胺的檢測極限（LOD）為1.256×10-13M，在食品安全檢測領域具有廣闊的應用前景。關鍵詞：SERS；TiO2；三聚氰胺；一、引言1.1表面增強拉曼光譜（SERS）技術簡介1.1.1拉曼光譜介紹物理學家C.V.Raman和K.S.KrishnADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>RAMAN</Author><Year>1921</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[1]</style></DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702447476">1</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>RAMAN</author><author>C.,V</author></authors></contributors><titles><title>Thecolourofthesea</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>367</pages><volume>108</volume><number>2716</number><dates><year>1921</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]于1928年在實驗中觀測到了拉曼散射光譜。這一發(fā)現(xiàn)成為研究分子結構的強大工具，它憑借對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析，獲得分子的振動、轉動信息。拉曼光譜技術基于以下原理工作：首先，利用聚焦的單色光源照射待測物體。當入射光子被物質內(nèi)部的電子吸收時，電子會被激發(fā)至一個高能級的激發(fā)態(tài)。隨后，這些電子會自發(fā)地躍遷回穩(wěn)定的基態(tài)，以光子的形式向外輻射，釋放能量。在電子躍遷過程中，若未發(fā)生能量交換，散射光子的能量將與入射光子保持一致，但方向會發(fā)生變化，這種過程被稱為瑞利散射。然而，當躍遷過程中涉及能量交換時，這種散射現(xiàn)象被稱為非彈性散射，而非彈性散射中除了包含涉及低能量磁振子和聲學聲子的布里淵散射過程外，其余均屬于拉曼散射的范疇。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>姜騰</Author><Year>2016</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[2]</style></DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713334275">29</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>姜騰</author></authors></contributors><titles><title>Ⅲ族氮化物半導體材料拉曼光譜特性的應用研究</title></titles><dates><year>2016</year></dates><publisher>西安電子科技大學</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2]拉曼光譜的應用領域極為廣泛。在生物分子結構與功能分析方面，拉曼光譜儀可用于測量生物分子的拉曼信號強度和頻率，從而了解生物分子的構成和功能，實現(xiàn)定量分析。在化學成分分析方面，拉曼光譜儀可用于分析化學物質的元素組成和相對濃度，通過測量信號強度與頻率，計算元素濃度，實現(xiàn)定量分析。在物質結構分析方面，拉曼光譜儀可用于辨識物質的晶體結構和物相組成，為科研和工業(yè)界提供深入了解材料結構的重要依據(jù)。此外，拉曼光譜儀還可用于材料表面分析、環(huán)境污染分析等領域。1.1.2表面增強拉曼技術拉曼散射效應散射光強度約為入射光強度的10-6~10-9，這與同一背景下的其他散射光相比十分的微弱，這一情況對于應用和發(fā)展拉曼光譜有著極大的約束。直到1974年FleischmannADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Fleischmann</Author><Year>1974</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[3]</style></DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702448688">2</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Fleischmann,M.</author><author>Hendra,P.J.</author><author>Mcquillan,A.J.</author></authors></contributors><titles><title>Ramanspectraofpyridineadsorbedatasilverelectrode</title><secondary-title>ChemicalPhysicsLetters</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemicalPhysicsLetters</full-title></periodical><volume>26</volume><dates><year>1974</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[3]等人在實驗時，發(fā)現(xiàn)吸附在粗糙金銀等貴金屬納米材料的拉曼信號強度得到很大程度的提高,同時電極所加電位的變化也會影響其信號的強度。到1977年,Jeanmarie與VanDuyneADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Jeanmaire</Author><Year>1977</Year><RecNum>3</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[4]</style></DisplayText><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702450603">3</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Jeanmaire,DavidL.</author><author>Duyne,RichardP.Van</author></authors></contributors><titles><title>SurfaceRamanSpectroelectrochemistry:PartI.Heterocyclic,Aromatic,andAliphaticAminesAdsorbedontheAnodizedSilverElectrode</title><secondary-title>JournalofElectroanalyticalChemistryandInterfacialElectrochemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofElectroanalyticalChemistryandInterfacialElectrochemistry</full-title></periodical><pages>1-20</pages><volume>84</volume><number>1</number><dates><year>1977</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[4],Albrecht與CreightonADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Albrecht</Author><RecNum>4</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[5]</style></DisplayText><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702450720">4</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Albrecht,M.Grant</author><author>Creighton,J.Alan</author></authors></contributors><titles><title>AnomalouslyintenseRamanspectraofpyridineatasilverelectrode</title><secondary-title>ChemischerInformationsdienst</secondary-title></titles><periodical><full-title>ChemischerInformationsdienst</full-title></periodical><dates></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5]等人進行了系統(tǒng)的實驗研究和理論計算,將這種與銀、金、銅等粗糙表面相關的增強效應稱為表面增強拉曼散射(SurfaceenhancedRamanScattering,SERS)效應,對應的光譜稱為表面增強拉曼光譜。隨后,SERS效應也被發(fā)現(xiàn)在其他粗糙表面。由于入射光波長、照射時間、強度等外界條件幾乎無法影響拉曼光譜的峰的位置，而與作用的物質分子的能級結構與其息息相關，加上表面增強拉曼效應的發(fā)現(xiàn)。SERS技術在分析科學、表面科學以及生物科學等領域獲得了廣泛的應用，成為一種非常強大的分析工具。對于拉曼光譜的研究，SERS的優(yōu)點在于其檢測速度快、靈敏度高，所需樣品濃度低，且對樣品無破壞性。這使得它在多個領域具有廣泛的應用，如：分子的理化研究、病理分析、藥物分析等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>朱越洲</Author><Year>2018</Year><RecNum>27</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[6]</style></DisplayText><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713262545">27</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>朱越洲</author><author>張月皎</author><author>李劍鋒</author><author>任斌</author><author>田中群</author></authors></contributors><auth-address>廈門大學化學化工學院;</auth-address><titles><title>表面增強拉曼光譜:應用和發(fā)展</title><secondary-title>應用化學</secondary-title></titles><periodical><full-title>應用化學</full-title></periodical><pages>984-992</pages><volume>35</volume><number>09</number><keywords><keyword>表面增強拉曼光譜</keyword><keyword>針尖增強拉曼光譜</keyword><keyword>殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜</keyword><keyword>表面等離激元共振</keyword></keywords><dates><year>2018</year></dates><isbn>1000-0518</isbn><call-num>22-1128/O6</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[6]。例如，可以利用SERS技術檢測水產(chǎn)品中孔雀石綠的殘留。1.2SERS技術的現(xiàn)狀SERS技術在多個領域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。在生物醫(yī)學領域，SERS技術被用于檢測和分析生物分子、藥物、蛋白質等，具有高靈敏度和高選擇性，為疾病的早期診斷和治療提供了有力工具。在環(huán)境監(jiān)測領域，SERS技術能夠檢測有害物質和污染物，有助于環(huán)境質量的改善和保護。目前，SERS技術的主流產(chǎn)品主要包括高性能的SERS基底與配套的光譜儀套件。其中，SERS基底作為實現(xiàn)SERS增強效應的核心部件，其設計與制造至關重要。它通常集成了激光器、光學系統(tǒng)以及光譜儀等關鍵組件，通過利用表面等離子體共振效應，實現(xiàn)對樣品拉曼信號的顯著增強。而針對不同的應用領域，如生物醫(yī)學或環(huán)境監(jiān)測，這些套件往往需要進行專門的優(yōu)化與設計，以滿足特定場景下的檢測需求。然而，SERS技術也面臨著一些挑戰(zhàn)和限制。盡管SERS技術已經(jīng)十分成熟，但用作光學平臺的納米顆粒的SERS效率低，導致獲取時間長，這限制了SERS在化學成像等領域的應用。此外，SERS技術對本征散射截面較小或與金屬表面親和力弱的目標分子檢測靈敏度低，以及外界環(huán)境基質/雜質干擾等問題也是亟待解決的技術難題。針對這些挑戰(zhàn)，科研人員正在積極探索解決方案。例如，通過優(yōu)化SERS基底的設計和制備，提高SERS效率；利用抗原-抗體、適配體修飾等方法將目標分子捕獲到金屬表面，以提高檢測靈敏度；采用選擇性分離、富集濃縮和目標分子的空間定位等策略來消除復雜基質的干擾。1.3食品安全現(xiàn)狀及面臨的問題1.3.1食品添加劑的使用現(xiàn)狀及問題營養(yǎng)強化劑是一種食品添加劑，其作用是將某種營養(yǎng)素或食品成分的含量提高到比同類食品更高的水平，以滿足不同人群對特殊營養(yǎng)物質的要求。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>焦錫濤</Author><Year>2023</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[7]</style></DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702451209">5</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>焦錫濤</author><author>胡云</author><author>張二豪</author><author>劉振東</author><author>羅章</author><author>李梁</author></authors></contributors><auth-address>西藏農(nóng)牧學院食品科學學院;高原特色農(nóng)產(chǎn)品研發(fā)中心;西藏特色農(nóng)牧資源研發(fā)協(xié)同創(chuàng)新中心;</auth-address><titles><title>基于《中華人民共和國食品安全法》的食品添加劑現(xiàn)狀研究</title><secondary-title>食品工業(yè)</secondary-title></titles><periodical><full-title>食品工業(yè)</full-title></periodical><pages>334-337</pages><volume>44</volume><number>11</number><keywords><keyword>食品工業(yè)</keyword><keyword>食品添加劑</keyword><keyword>食品安全法</keyword><keyword>國內(nèi)外現(xiàn)狀</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><isbn>1004-471X</isbn><call-num>31-1532/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[7]盡管我國已出臺一系列相關法律法規(guī)，但仍有部分商家為追求利益使用非法添加劑，以提高產(chǎn)品在常規(guī)檢測下的數(shù)據(jù)，虛假宣傳產(chǎn)品價值以抬高產(chǎn)品價格。例如三鹿奶粉事件，在常規(guī)檢測中添加三聚氰胺以提高蛋白質檢測值。同樣也有部分商家非法銷售食品添加劑，如在2022年4月，青島匯澤源食品配料有限公司因生產(chǎn)標簽不符合食品安全標準的食品添加劑被處罰，消費者發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)品透骨增香酚AAA，為食品添加劑類，但未標注零售字樣，不符GB29924—2013《食品安全國家標準食品添加劑標識通則》ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>吳昊</Author><Year>2013</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[8]</style></DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702452055">6</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>吳昊</author></authors></contributors><titles><title>衛(wèi)計委發(fā)布75項新食品安全國家標準</title><secondary-title>農(nóng)產(chǎn)品加工</secondary-title></titles><periodical><full-title>農(nóng)產(chǎn)品加工</full-title></periodical><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8]的規(guī)定。1.3.2三聚氰胺的危害三聚氰胺(2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪，C3H6N6)，俗稱蛋白精、密胺，作為一種特定的三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，其在工業(yè)應用中發(fā)揮著關鍵作用。主要用于合成三聚氰胺-甲醛樹脂，這一樹脂材料在多個領域均有廣泛應用，諸如生產(chǎn)日常使用的輕質餐具、皮革生產(chǎn)中的填充物、造紙工業(yè)中作為濕增強劑和抗水劑、粘合劑和紡織品改性藥劑等。然而，這種化合物對人體是有害的，它的危害主要包括以下方面：皮膚過敏：三聚氰胺，作為一種化學物質，具有不容忽視的刺激性和腐蝕性特性。當人體皮膚與其接觸時，可能會引發(fā)一系列不良反應，如皮膚紅腫、疼痛難耐以及瘙癢不止。更為嚴重的是，長期或大量接觸可能導致皮膚出現(xiàn)潰瘍甚至壞死。胃腸道不適：過量使用三聚氰胺會刺激胃腸道，引起惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛等癥狀，嚴重時甚至可能導致胃腸道出血。肝臟損傷：三聚氰胺需要通過肝臟進行代謝，長期接觸可能導致肝臟受損，嚴重時可能導致肝功能衰竭。此外，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構在2017年10月27日初步將三聚氰胺整理為2B類致癌物。在現(xiàn)實生活中，三聚氰胺還被不法商家用于食品工業(yè)造假，如2007年的美國寵物食品污染事件和2008年的中國三鹿奶粉事件。商家利用三聚氰胺與蛋白質相比含有更多的氮原子的特點，將其添加在食品中，以此提高食品在常規(guī)食品檢測凱氏定氮法中蛋白質含量的數(shù)據(jù),欺騙危害消費者正當權益。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>魏帥</Author><Year>2009</Year><RecNum>30</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>30</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713335558">30</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>魏帥</author><author>魏益民</author><author>郭波莉</author></authors></contributors><auth-address>中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所;</auth-address><titles><title>三聚氰胺風險評估結果簡介</title><secondary-title>食品科技</secondary-title></titles><periodical><full-title>食品科技</full-title></periodical><pages>252-255</pages><volume>34</volume><number>09</number><keywords><keyword>三聚氰胺</keyword><keyword>食品</keyword><keyword>食品安全</keyword><keyword>風險評估</keyword><keyword>風險管理</keyword></keywords><dates><year>2009</year></dates><isbn>1005-9989</isbn><call-num>11-3511/TS</call-num><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[9]此外，三聚氰胺工廠也發(fā)生過一些事故。例如，熔鹽爐管燒穿、機器葉輪磨損、熔融尿素噴出造成人員燙傷，以及反應器內(nèi)窒息造成人員死亡等。1.4.三聚氰胺檢測技術現(xiàn)狀目前市面上常見的乳及乳制品中三聚氰胺的分析方法有液相色譜法、氣相色譜法、液質聯(lián)用法、氣質聯(lián)用法、酶聯(lián)免疫法等，這些方法通常具有較高的靈敏性和廣泛的適用性的特點；根據(jù)分析時間的長短又可分為快速檢測方法和常規(guī)檢測方法。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>談甜甜</Author><Year>2012</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="fwevwx998p529zedswuv2zrypxrrvtprrxrw"timestamp="1712584775">7</key><keyapp="ENWeb"db-id="">0</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>談甜甜</author><author>朱雙良</author><author>田憬若</author><author>孫惜時</author><author>任嬌</author></authors></contributors><titles><title>乳及乳制品中三聚氰胺檢測方法的研究進展</title><secondary-title>乳業(yè)科學與技術</secondary-title></titles><pages>4</pages><number>5</number><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]色譜檢測方法通常都是有著高選擇性和靈敏度的儀器分析方法如：液相色譜法與氣相色譜法。同時這些檢測方法十分依賴于樣品的預處理過程，只適用于對三聚氰胺進行定性和精密定量分析，難以檢測其類似物或衍生物，這會造成檢測結果偏低的現(xiàn)象。ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>談甜甜</Author><Year>2012</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[10]</style></DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702452767">7</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>談甜甜</author><author>朱雙良</author><author>田憬若</author><author>孫惜時</author><author>任嬌</author></authors></contributors><titles><title>乳及乳制品中三聚氰胺檢測方法的研究進展</title><secondary-title>乳業(yè)科學與技術</secondary-title></titles><periodical><full-title>乳業(yè)科學與技術</full-title></periodical><pages>4</pages><number>5</number><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]三聚氰胺酶聯(lián)免疫法與色譜法具有相同的問題，無法檢測其類似物與衍生物。目前也沒用相關研究可以證明三聚氰胺與其類似物之間有無協(xié)同效應。光譜分析測定三聚氰胺，如近紅外光譜分析技術，主要是利用其特征基團對光譜的吸收，對吸收波長與吸收強度進行分析，以此檢測樣品中三聚氰胺的有無與濃度。但其需要大量數(shù)據(jù)進行建模，而乳液成分十分復雜，會嚴重影響一級光譜的的分析，不適用于快速檢測三聚氰胺。而同屬于光譜法中的SERS技術依賴其對物質分子指紋的準確鑒定，可以很好的排除其他雜質的干擾。1.5研究目的及意義三聚氰胺常見在工業(yè)上用于生產(chǎn)三聚氰胺-甲醛樹脂，但不被允許在食品生產(chǎn)加工過程中使用ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Ishiwata</Author><Year>1986</Year><RecNum>8</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[11]</style></DisplayText><record><rec-number>8</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702453097">8</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Ishiwata,Hajimu</author><author>Inoue,Takiko</author><author>Tanimura,Akio</author></authors></contributors><titles><title>Migrationofmelamineandformaldehydefromtablewaremadeofmelamineresin</title><secondary-title>FoodAdditives&Contaminants</secondary-title></titles><periodical><full-title>FoodAdditives&Contaminants</full-title></periodical><pages>63-69</pages><volume>3</volume><number>1</number><dates><year>1986</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]。然而，近年來發(fā)現(xiàn)，三聚氰胺被非法添加到動物飼料和嬰幼兒配方乳粉中以提高氮的含量，從而獲得高的蛋白質測定值ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Brown</Author><Year>2007</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[12]</style></DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1702453153">9</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Brown,CathyA.</author><author>Jeong,KyuShik</author><author>Poppenga,RobertH</author><author>Puschner,Birgit</author><author>Miller,DorisM.</author><author>Ellis,AngelaE.</author><author>Kang,KyungIl</author><author>Sum,Steffen</author><author>Cistola,AlexisM.</author><author>Brown,ScottA.</author></authors></contributors><titles><title>Outbreaksofrenalfailureassociatedwithmelamineandcyanuricacidindogsandcatsin2004and2007</title><secondary-title>SAGEPublications</secondary-title></titles><periodical><full-title>SAGEPublications</full-title></periodical><number>5</number><dates><year>2007</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12]。SERS技術對于三聚氰胺的檢測利用拉曼散射的三個特點（1、每一個物質都有自己的特征拉曼光譜，可以用來表征這一物質；2、每個物質的拉曼位移僅與自身結構能級相關；3、拉曼譜線線寬較窄）對其進行準確的定性檢測，解決三聚氰胺的檢測問題，保障我國乳制品的安全。本論文以花狀TiO2/Ag納米微球為基底，通過過濾的方法將其與濾紙復合，獲得柔性SERS基底，并將其應用于三聚氰胺的檢測，在食品安全檢測領域具有廣闊的應用前景。二、實驗材料與表征方法2.1前言銀納米顆粒是一種常見較為有效的催化劑和抗菌材料，本實驗將借鑒文獻ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>王斌</Author><Year>2015</Year><RecNum>28</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[13]</style></DisplayText><record><rec-number>28</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713263472">28</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>王斌</author></authors><tertiary-authors><author>張莉,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>Ag納米復合材料的制備及應用</title></titles><keywords><keyword>花狀二氧化鈦/銀</keyword><keyword>石墨烯/銀</keyword><keyword>二氧化硅/銀</keyword><keyword>銀納米線</keyword><keyword>銀納米立方體</keyword><keyword>抗菌</keyword><keyword>光催化</keyword><keyword>表面增強拉曼光譜</keyword><keyword>對氧磷</keyword><keyword>福美雙</keyword></keywords><dates><year>2015</year></dates><publisher>安徽理工大學</publisher><work-type>碩士</work-type><urls></urls><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[13]與文獻ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>楊偉業(yè)</Author><Year>2023</Year><RecNum>26</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[14]</style></DisplayText><record><rec-number>26</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1713262121">26</key></foreign-keys><ref-typename="Thesis">32</ref-type><contributors><authors><author>楊偉業(yè)</author></authors><tertiary-authors><author>劉應開,</author></tertiary-authors></contributors><titles><title>Ag納米顆粒/多形貌TiO2的制備及其SERS性能研究</title></titles><keywords><keyword>表面增強拉曼光譜</keyword><keyword>貴金屬Ag</keyword><keyword>TiO2</keyword><keyword>三聚氰胺</keyword><keyword>福美雙</keyword></keywords><dates><year>2023</year></dates><publisher>云南師范大學</publisher><work-type>博士</work-type><urls></urls><electronic-resource-num>10.27459/ki.gynfc.2023.000010</electronic-resource-num><remote-database-provider>Cnki</remote-database-provider></record></Cite></EndNote>[14]中的方法制備以花狀TiO2微球為載體制備的花狀TiO2/Ag復合材料。2.2藥品與儀器表2.1實驗藥品名稱純度生產(chǎn)廠商酪氨酸99%上海麥克林生化科技股份有限公司二水合檸檬酸三鈉≥99.0%上海西隴化工有限公司30%過氧化氫≥30.0％上海西隴化工有限公司過氧化鈉≥96.0％上海西隴化工有限公司硝酸銀≥99.8％上海西隴化工有限公司L(+)-抗壞血酸≥99.7％上海西隴化工有限公司氫氧化鉀≥85.0％上海西隴化工有限公司三聚氰胺≥99.0％上海麥克林生化科技有限公司表2.2實驗儀器名稱型號供應商電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9306A上海善志儀器設備有限公司熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡JSM-7100FJEOLLtd.超聲波清洗機KM-23C廣州市科潔盟實驗儀器有限公司超純水機YK—RO—B舒活泉(廈門)人工智能有限公司馬弗爐KSM-6-12A上海力辰邦西儀器科技有限公司激光顯微拉曼光譜儀inViaRenishaw電子天平PTT-A+100華志（福建）電子科技有限公司反應釜(聚四氟乙烯內(nèi)襯)磁力攪拌器2.3表征檢測原理及儀器本次實驗我們將使用熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡對所制樣品進行表征分析（以下簡稱SEM）。其原理主要基于電子與物質之間的相互作用。其工作過程可以大致分為以下幾個步驟：電子源發(fā)射：熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡使用熱陰極作為電子源。通過加熱熱陰極，電子從陰極表面解離出來，形成電子束。電子光學：電子束經(jīng)過一系列的電子透鏡系統(tǒng)進行聚焦和控制。這些透鏡系統(tǒng)能夠將電子束匯聚成非常細小的束斑，從而提高圖像的分辨率。掃描線圈負責將電子束以光柵式掃描方式照射到樣品表面上。樣品交互作用：當電子束與樣品表面接觸時，會發(fā)生一系列的交互作用，包括散射、吸收和二次電子發(fā)射等。這些交互作用使得我們可以獲取到樣品的表面形貌和結構信息。信號檢測與處理：SEM配備了各種探測器，用于檢測并記錄電子與樣品交互作用的信號。例如，二次電子探測器可以獲取物體表面形貌信息，而反射電子探測器則可以用于獲取樣品的晶體結構和成分信息。這些信號經(jīng)過放大、整理和數(shù)字化處理后，就可以生成高質量的圖像。熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡具有電子束斑小、高分辨率、穩(wěn)定性好等特點，使其成為材料研究分析中一雙亮麗的“眼睛”。其工作原理的核心在于利用電子與物質之間的相互作用，通過電子束的掃描和信號的檢測與處理，實現(xiàn)對樣品表面形貌和結構的微觀成像。本實驗使用的JSM-7100F的1.2nm的超高分辨率得益于高強力電子光學系統(tǒng)，可以輕易地進行納米結構的研究。JSM-7100F的物鏡不會在試驗樣品周圍形成磁場，這使得觀察和分析磁性樣品時不受制約，在短時間內(nèi)可以用大探針電流來獲得高精度的分析圖像。圖3.1三、基底的制備與表征及其SERS性能的測試3.1花狀TiO2微球的制備取適量的Ti粉，準確稱取為50毫克，隨后將其投入到NaOH（70mL，10M）溶液中保證反應的充分進行。接下來，為了確保反應物能夠均勻混合，我們采用了超聲震蕩的方式。每經(jīng)過四分鐘的超聲震蕩，便使用玻璃棒對溶液進行一分鐘的攪拌，這一步驟既能夠避免Ti粉沉積在容器底部，又能夠促進反應的均勻進行。整個超聲震蕩與攪拌的過程持續(xù)了約30分鐘，確保了Ti粉與NaOH溶液的充分反應。隨后，量取0.5mL的濃度為30％的H2O2溶液，加入后，進行超聲震蕩，并時不時地用玻璃棒進行攪拌。10分鐘后，將混合好的溶液轉移到了一個容量為100mL的聚四氟乙烯反應釜中,溫度設定為180°C，進行1小時鍛燒。鍛燒結束后，反應釜自然冷卻至室溫。使用清水對產(chǎn)物進行了9到10次的洗滌，去除殘留的NaOH和H2O2。在用乙醇對產(chǎn)物進行了兩次洗滌，以進一步去除可能存在的雜質。完成洗滌后，將產(chǎn)物放入了60°C真空干燥箱中，干燥過夜。徹底去除產(chǎn)物中的水分和乙醇，確保其干燥純凈。最后，將干燥好的白色粉末放入馬弗爐中，設定溫度為750°C，煅燒2小時。結束后，自然冷卻至室溫。至此，整個實驗過程結束，產(chǎn)物待用。3.2花狀TiO2/Ag納米微球的制備稱取30毫克的花狀TiO2粉末，將其置于30mL去離子水中。隨后，啟動超聲機，讓粉末在超聲波的作用下均勻分散于水中，同時輔以攪拌，確保TiO2粉末能夠充分溶解，持續(xù)半小時后，將溶液轉移至一個容量為100毫升的錐形瓶中。在室溫35°C的條件下，持續(xù)攪拌30分鐘，使其混合均勻。量取10毫升新鮮制備的絡氨酸溶液，其濃度為10-3M，加入到錐形瓶中。油?。ɑ蛩。┘訜嶂练序v，以此去除多余的L-絡氨酸。當加熱完成后，加入10mL的AgNO3（10-3M）溶液，可以觀測到溶液的顏色逐漸變成了淺淡黃色(如果溶液顏色沒有發(fā)生變化，可以考慮加入一些輔助試劑。首先，加入1毫升的檸檬酸鈉（10-3M）溶液，接著再加入1毫升的L-抗壞血酸(10-3M)溶液)。繼續(xù)攪拌10分鐘后，我們再次向溶液中加入1毫升的KOH溶液，其濃度為10-3M。隨后，進行1小時的加熱。在這個過程中，我們觀察到溶液的顏色從淺淡黃色逐漸變成了灰黑色，這是反應進行到另一階段的明顯標志。加熱結束后，讓溶液自然冷卻。接著，使用清水對產(chǎn)物進行數(shù)次洗滌，以去除多余的溶液和雜質。再用乙醇進行洗滌，以進一步提純產(chǎn)物。完成洗滌后，將濾紙連同產(chǎn)物一起放入60°C的真空干燥箱中，干燥過夜。產(chǎn)物待用。3.3檢測樣品的制備將附著有花狀TiO2/Ag納米微球的濾紙準備成長寬為5mm的柔性基底。在使用前，滴加4-5滴待測濃度的三聚氰胺乙醇溶液（待上一滴干燥后，再滴加下一滴）。3.4基底的表征首先對實驗樣品的SEM圖像進行分析，以確保實驗成功制備出所需的樣品?；頣iO2/Ag的SEM圖像如圖3.2所示。我們可以由圖3.2（a）與3.2（b）中看到所制備的TiO2/Ag具有花狀結構，相貌均一的特點。經(jīng)過計算，花狀TiO2/Ag的尺寸在0.9-1.7μm之間，AgNPS附著在花狀TiO2的表面，粒徑范圍大約在20-60nm之間。圖3.2（a）花狀TiO2/Ag10.00mm×10000掃描電鏡圖（b）花狀TiO2/Ag10.00mm×20000掃描電鏡圖（c）花狀TiO2/Ag10.00mm×45000掃描電鏡圖柔性花狀TiO2/Ag的SEM圖像如圖3.3所示。其表征與一般花狀TiO2/Ag相同，AgNPS附著在花狀TiO2的表面，花狀TiO2主要分布在柔性材料的纖維處，其分布不均，具有隨機性，在SERS檢測時可能會對信號的強弱以及重現(xiàn)性造成影響。圖3.3(a)柔性花狀TiO2/Ag10.00mm×1000掃描電鏡圖(b)柔性花狀TiO2/Ag10.00mm×2000掃描電鏡圖(c)柔性花狀TiO2/Ag10.00mm×10000掃描電鏡圖(d)柔性花狀TiO2/Ag10.00mm×40000掃描電鏡圖3.5SERS性能的測試為了驗證柔性花狀TiO2/Ag基底的SERS增強效應，實驗對比了三聚氰胺在有無增強基底下的拉曼光譜，根據(jù)圖3.4，紅色曲線為柔性花狀TiO2/Ag基底下的拉曼光譜，黑色曲線為沒有增強基底信號，可以發(fā)現(xiàn)柔性花狀TiO2/Ag基底對拉曼光譜的增強效果是十分顯著的。圖3.4三聚氰胺在有無基底下的拉曼光譜檢測圖3.5（a）是以柔性花狀TiO2/Ag基底對三聚氰胺的靈敏度檢測，其實驗最低檢測濃度可以達到10-9M。在圖3.5（a）三聚氰胺的SERS譜中，870cm-1特征峰對應三嗪環(huán)面內(nèi)的呼吸振動，特征峰675cm-1來源于三嗪環(huán)的面內(nèi)變形和氨基氮原子振動ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Wang</Author><Year>2017</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[15,16]</style></DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1712579226">17</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Wang,Rong</author><author>Xu,Yi</author><author>Wang,Renjie</author><author>Wang,Chunyan</author><author>Zhao,Huazhou</author><author>Zheng,Xiangquan</author><author>Liao,Xing</author><author>Cheng,Li</author></authors></contributors><titles><title>AmicrofluidicchipbasedonanITOsupportmodifiedwithAg-AunanocompositesforSERSbaseddeterminationofmelamine</title><secondary-title>MicrochimicaActa</secondary-title></titles><periodical><full-title>MicrochimicaActa</full-title></periodical><pages>1-9</pages><volume>184</volume><number>1</number><dates><year>2017</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Li</Author><Year>2017</Year><RecNum>18</RecNum><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="wr9ratswup0draesr08vdtzfppfd5wrp95ff"timestamp="1712579285">18</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Li,Dan</author><author>Lv,DiY</author><author>Zhu,QingX</author><author>Li,Hao</author><author>Chen,Hui</author><author>Wu,MianM</author><author>Chai,YiF</author><author>Lu,Feng</author></authors></contributors><titles><title>Chromatographicseparationanddetectionofcontaminantsfromwholemilkpowderusingachitosan-modifiedsilvernanoparticlessurface-enhancedRamanscatteringdevice</title><secondary-title>FoodChemistry</secondary-title></titles><periodical><full-title>FoodChemistry</full-title></periodical><pages>382-389</pages><volume>224</volume><number>JUN.1</number><dates><year>2017</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15,16]。圖3.5（a）顯示隨著三聚氰胺濃度的降低，特征峰的強度也逐漸降低，選取675cm-1特征峰的強度與濃度進行擬合（圖3.5（b）），結果顯示柔性花狀TiO2/Ag基底對675cm-1特征峰的峰強都與濃度具有良好的線性關系，求得柔性花狀TiO2/Ag基底的對三聚氰胺的檢測極限（LOD）為1.256×10-13M，其值遠低于國家檢測要求（約10-6M）。（630cm-1是TiO2的特征峰）。（b）圖3.5（a）不同濃度三聚氰胺在柔性花狀TiO2/Ag基底上的SERS光譜（b）675cm-1特征峰在柔性花狀TiO2/Ag基底上的線性擬合圖將其他基底對三聚氰胺的極限檢測濃度與柔性花狀TiO2/Ag基底對三聚氰胺的極限檢測濃度做對比（表3.1）。表明柔性花狀TiO2/Ag基底能以超低的檢測極限LOD（M）對于三聚氰胺進行檢測，且遠遠低于國家標準，在現(xiàn)實食品中非法添加三聚氰胺的檢測具有良好的實際應用前景。表3.1不同SERS基底對三聚氰胺的檢測極限（LOD（M））SERSsubstrate LOD(M) ReferenceAgNPSsandwich 10-9[17]Boel-likeAu/AgAlloy 10-9 [18]Ag-Auhollownanocubes 10-8[19]Ag-Aumicrofluidicchip 10-8 [20]Ag-AuNDs 5.0×10-8 [21]Hydrogelmicropellet 10-8 [22]柔性花狀TiO2/Ag基底 1.256×10-13ThisWork四、總結三聚氰胺雖然在一些工業(yè)領域有應用價值，但其對人體的潛在危害不容忽視。在使用和處理三聚氰胺時，必須采取適當?shù)陌踩胧?，以保護人類和環(huán)境的安全?；赟ERS技術，我們選擇柔性花狀TiO2/Ag基底對三聚氰胺進行檢測。其檢測結果很好的展示出了SERS技術的靈敏性和準確性，具有超低的極限檢測濃度，其最低檢測極限為1.256×10-13M，在食品安全檢測領域具有廣闊的應用前景。參考文獻[1] RAMAN,C.V.Thecolourofthesea[J].Nature,1921,108(2716):367.[2] 姜騰.Ⅲ族氮化物半導體材料拉曼光譜特性的應用研究[D];西安電子科技大學,2016.[3] FLEISCHMANNM,HENDRAPJ,MCQUILLANAJ.Ramanspectraofpyridineadsorbedatasilverelectrode[J].ChemicalPhysicsLetters,1974,26.[4] JEANMAIREDL,DUYNERPV.SurfaceRamanSpectroelectrochemistry:PartI.