一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底及制备和使用方法技术

一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底，其为纳米贵金属薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。该基底的制备方法主要是：将块状多晶钨的抛光面通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；再在该钨纳米丝上包覆贵金属薄膜。本发明专利技术便携性好，可以作为集成化器件使用，操作灵活简单，工作效率高；可以实现该材料的重复使用，使得器件平均成本大幅降低；使用本基底材料可以实现多种有机物的检测和指认，而且拉曼增强效果明显。制备方法方便简单，避免了复杂的纳米颗粒合成工艺。

High sensitive surface enhanced Raman detection substrate for trace organic residue and preparation and use method thereof

A highly sensitive surface enhanced Raman detection substrate for trace organic residues is a tungsten nanowire coated with a noble metal film with a vertical array. The substrate preparation method is mainly: the polishing bulk polycrystalline tungsten surface by high-power plasma irradiation experiment device of irradiation treatment, make bulk metallic tungsten tungsten nanowires become vertical array shape; and then coated with metal film on the tungsten nanowires. The invention is portable and can be used as integrated devices, flexible and simple, high work efficiency; can realize the repeated use of the material, the device average cost is greatly reduced; the use of the base material detection and identification can achieve a variety of organic compounds, and the Raman enhancement effect is obvious. The preparation method is convenient and simple, and the synthesis process of complicated nanoparticles is avoided.

【技术实现步骤摘要】
一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底及制备和使用方法
本专利技术涉及环保和光谱学
，尤其是一种应用于微量有机残留物定性检测基底及制备和使用方法。
技术介绍
以染料为代表的有机物的发展和应用为人类带来丰富多彩的享受，同时对人类生存的环境造成严重的污染，严重威胁人类的健康。探索有效检测和指认有机残留物的方法成为一项急需解决的任务，尤其对于微量有机物的探测和指认成为技术难题。表面增强拉曼光谱(SERS)技术已经在先前的有机物检测中被证明具有较好的意义。然而，现有的具有明显SERS增强效果基底材料主要为离散的贵金属(金、银等)微纳米颗粒。这些颗粒材料基底具有合成工艺复杂，使用不方便，性能不稳定等缺点和不足。尤其，现有增强基底材料很难循环使用，使得其利用成本过高。因此，拉曼增强基底的不完善限制了SERS技术在微量有机污染物检测中的应用。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种制作工艺简单、结构精细、使用方便、灵敏度高、性能稳定，尤其是可以循环使用的微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底及制备和使用方法。1、本专利技术表面增强拉曼检测基底(以下简称为基底)为纳米贵金属(金、银)薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。2、基底的制备方法：1)原料是纯度为99.99wt％，具有体心立方(bcc)晶体结构的多晶钨，采用机械抛光致使其一表面光滑平整；2)将步骤1块状多晶钨的抛光面通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，所用等离子体为氦离子等离子体，离子能量约为200eV,离子流强约为1.0x1022ions/m2·s1,辐照温度约为1300℃，辐照时间约为80分钟。之后形成具有纳米阵列形貌的材料，即纳米丝近似垂直于平面基底生长，直径尺寸均匀，约为50nm，纳米丝平均间距约为100nm，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；3)在步骤2的垂直阵列状的钨纳米丝上包覆贵金属薄膜；a通过Hitachi,e-1010型离子蒸镀仪，在8-10Pa的真空条件下，蒸镀处理60-90秒，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的金薄膜，薄膜厚度约为10nm；b通过Lab18磁控溅射系统，在高于1.5x10-7毫托的真空度下，利用氩气保护条件下，溅射功率约为250W，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的银薄膜，薄膜厚度约为10nm；3、基底的使用方法：1)选择上述贵金属纳米薄膜包覆的垂直阵列状的钨纳米丝基底，将其在纯度为99％的无水乙醇中浸泡1小时之后，自然晾干备用。2)将步骤1的基底浸泡于待测有机溶液中1-5分钟，取出自然晾干等待检测；3)选用532nm激光作为激发光源，利用RenishawinVia型显微拉曼光谱仪对吸附在基底表面的染料分子进行拉曼散射检测，对照拉曼图库确定吸附有机物的种类；4、基底的再生方法：在大气压下室温条件(20-40℃)下，利用He气放电产生的He离子等离子体，对吸附有机残留物的基底进行清洗处理，采用放电电压为20-30KV，气体流速为1L/分钟的等离子体对使用过的增强基底进行再生处理5分钟，然后重复使用。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.利用在钨纳米丝上蒸镀贵金属纳米薄膜的方法，构建SERS基底，该方法方便简单，避免了复杂的纳米颗粒合成工艺；2.利用块状基底材料作为SERS基底，便携性好，可以作为集成化器件使用，操作灵活简单，工作效率高；3.采用稳定的阵列状基底材料作为SERS基底，可以实现该材料的重复使用，使得器件平均成本大幅降低；4.使用本基底材料可以实现多种有机物的检测和指认，而且拉曼增强效果明显。5.本专利技术中的纳米丝阵列状基底，尺寸、间距均一，结构精细，多次使用性能灵敏且稳定。附图说明图1是本专利技术基底的外观图；图2是本专利技术基底表面的扫描电镜照片图；图3是本专利技术采用金包覆钨纳米丝阵列基底获得的罗丹明B的表面增强拉曼光谱(a)与原始拉曼光谱(b)对比效果图；图4是本专利技术采用金包覆钨纳米丝阵列基底获得的活性艳蓝X-BR的表面增强拉曼光谱(a)与原始拉曼光谱(b)对比效果图；图5是本专利技术采用金包覆钨纳米丝阵列基底获得的活性艳红X-3B的表面增强拉曼光谱(a)与原始拉曼光谱(b)对比效果图；图6是本专利技术采用银包覆钨纳米丝阵列基底获得的罗丹明B的表面增强拉曼光谱(a)与原始拉曼光谱(b)对比效果图；图7是本专利技术中用于拉曼增强基底清洗的等离子体装置非工作态图；图8是本专利技术中用于拉曼增强基底清洗的等离子体装置工作态图；图9是本专利技术中采用金包覆钨纳米丝阵列拉曼增强基底初次利用(a)、等离子体清洗后(b)和循环利用(c)时的拉曼检测效果图；图10是本专利技术中采用金包覆钨纳米丝阵列拉曼增强基底等离子体处理后基底的扫描电镜照片图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明：例1取纯度为99.99wt％，具有体心立方(bcc)晶体结构的多晶钨(厦门虹鹭钨钼科技有限公司制造)尺寸为1cm*1cm*0.3cm，采用机械抛光致使其一表面光滑平整；将上面步骤抛光的块状多晶钨通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，所用等离子体为氦离子等离子体，离子能量约为200Ev,离子流强约为1.0x1022ions/m2·s1,辐照温度约为1300℃，辐照时间约为80分钟。之后形成具有纳米阵列形貌的材料，即纳米丝近似垂直于平面基底生长，直径尺寸均匀，约为50nm，纳米丝平均间距约为100nm，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；在上面步骤的垂直阵列状的钨纳米丝上通过Hitachi,e-1010型离子蒸镀仪，在8-10Pa的真空条件下，蒸镀处理90秒，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的金薄膜，薄膜厚度约为10nm；最终得到的产物为纳米金薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝，如图1所示，方形块体为原始钨块材料，黑色圆形区域为纳米丝状陈列。图2是对图1中黑色圆形区域扫描的电镜照片图，从图中可以看出金包覆的丝垂直生长，直径均匀约为50nm，金纳米薄膜光滑地包覆在无纳米丝上。例2取纯度为99.99wt％，具有体心立方(bcc)晶体结构的多晶钨(厦门虹鹭钨钼科技有限公司制造)尺寸为1cm*1cm*0.3cm，采用机械抛光致使其一表面光滑平整；将上面步骤抛光的块状多晶钨通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，所用等离子体为氦离子等离子体，离子能量约为200Ev,离子流强约为1.0x1022ions/m2·s1,辐照温度约为1300℃，辐照时间约为80分钟。之后形成具有纳米阵列形貌的材料，即纳米丝近似垂直于平面基底生长，直径尺寸均匀，约为50nm，纳米丝平均间距约为100nm，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；在上面步骤的垂直阵列状的钨纳米丝上通过Lab18磁控溅射系统，在高于1.5x10-7毫托的真空度下，利用氩气保护条件下，溅射功率约为250W，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的银薄膜，薄膜厚度约为10nm；最终得到的产物为纳米银薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。例3选用例1获得的镀金钨纳米丝阵列作为基底，将其在酒精中浸泡1小时之后，自然晾干备用。将其浸泡于浓度范围为10ppm-10ppb之间的罗丹明B水溶液中，于室温下静置1分钟。用镊子将浸泡在溶液中的基底取出，于滤纸上自然晾干10分钟。待基底晾干之后，选用532nm作为激光作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底，其特征在于：其为纳米贵金属(金、银)薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。

【技术特征摘要】
1.一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底，其特征在于：其为纳米贵金属(金、银)薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。2.权利要求1的微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底的制备方法，其特征在于：1)原料是纯度为99.99wt％，具有体心立方(bcc)晶体结构的多晶钨，采用机械抛光致使其一表面光滑平整；2)将步骤1块状多晶钨的抛光面通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，所用等离子体为氦离子等离子体，离子能量约为200eV,离子流强约为1.0x1022ions/m2·s1,辐照温度约为1300℃，辐照时间约为80分钟，之后形成具有纳米阵列形貌的材料，即纳米丝近似垂直于平面基底生长，直径尺寸均匀，约为50nm，纳米丝平均间距约为100nm，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；3)在步骤2的垂直阵列状的钨纳米丝上包覆贵金属薄膜；a通过Hitachi,e-1010型离子蒸镀仪，在8-10Pa的真空条件下，蒸镀处理60-90秒，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的金薄膜，薄膜厚度约为10nm；或b通过Lab1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘德弟，刘东平，刘璐，
申请(专利权)人：大连民族大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21