一种拉曼增强纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种拉曼增强纳米材料及其制备方法和应用，通过在晶种增长法合成的纳米金表面修饰上内标拉曼信号分子甲酚紫；进一步在其表面包裹上Ag壳，合成出胶体稳定性好、拉曼增强效果优良的Au‑甲酚紫@Ag纳米材料；然后，将该材料与助凝剂以及一定浓度的食品合成色素待测样品溶液进一步混合，借助便携式拉曼光谱仪检测出混合物中甲酚紫和食品合成色素的拉曼信号。最后，根据两者在特定峰处拉曼峰强的比值与待测色素浓度的关系曲线，通过内标法实现样品中合成色素的现场、快速、准确、定量检测。本方法中的传感器构建过程和检测过程不需要依赖大型仪器、昂贵的试剂以及有机试剂，操作简单、快速，灵敏度高。

Raman-reinforced nanomaterials and their preparation methods and Applications

The invention discloses a Raman-enhanced nanomaterial and its preparation method and application. By modifying the surface of gold nanoparticles synthesized by seed growth method with internal standard Raman signal molecule cresol violet, and further wrapping Ag shell on the surface of gold nanoparticles, Au cresol violet@Ag nanomaterials with good colloid stability and Raman enhancement effect are synthesized. Then, the materials are combined with coagulant and a certain concentration. The sample solution of food synthetic pigments was further mixed, and the Raman signals of cresol violet and food synthetic pigments in the mixture were detected by portable Raman spectrometer. Finally, according to the relationship curve between the ratio of Raman peak intensity at a specific peak and the concentration of pigments to be measured, the in-situ, rapid, accurate and quantitative detection of synthetic pigments in samples was realized by internal standard method. The process of sensor construction and detection in this method does not rely on large-scale instruments, expensive reagents and organic reagents. It is simple, fast and sensitive.

【技术实现步骤摘要】
一种拉曼增强纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术属于食品安全检测领域，具体涉及一种拉曼增强纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
随着人们生活水平的提高，食品的健康与安全越发显得重要。色素作为一种常见添加剂，在食品行业中应用广泛。添加色素可以大大改善食品的色泽品质，进而招揽更多的顾客，尤其是少年儿童。色素按照来源可分为天然色素和合成色素两类。其中天然色素尽管安全性高，但着色效果差、价格较高，在食品行业中应用较少；反观合成色素，其着色力好、不易褪色、成本低，在食品行业中应用广泛。然而，值得一提的是，合成色素具有一定的毒性、致泻性和致癌性。这些毒性主要源于合成色素中的砷、铅、铜、苯酚、苯胺、乙醚、氯化物和硫酸盐，它们对人体均可造成不同程度的危害。大量研究报告表明，长期服用含有合成色素的食品，容易引发儿童行为过激、影响其智力发育、并干扰其体内正常生理代谢等。因此，各国对食品中合成色素的添加量都做了严格的规定和限制。例如，我国《食品添加剂使用卫生标准》规定，日落黄、柠檬黄在饮料中的最大用量为0.1g/kg，诱惑红的最大用量为0.05g/kg。酸性橙为违禁添加色素。尽管如此，有些商家为了牟取暴利、降低成本，私自滥用合成色素的现象时有发生。例如，大家熟知的“苏丹红鸡蛋”、“染色馒头”等食品安全事件就是很好的说明。目前，检测合成色素的方法主要有高效液相色谱法、薄层色谱法、分光光度法等。它们当中有些需要大型昂贵的仪器，且操作复杂、需要专业的操作人员；有些灵敏度不够高、数据处理方法复杂，均不适合合成色素的现场、快速、高灵敏检测。表面增强拉曼光谱技术(surfaceenhancedRamanscattering，SERS)作为一种新兴的指纹光谱式检测技术，具有灵敏度高、特异性好、检测快速、操作简便且可实现无损检测的特点，是现有快检方法中最有可能实现“傻瓜式”检测的技术之一，在食品安全快检领域越来越受到重视。近年来，基于SERS技术发展了多种合成色素的检测方法。例如，采用SERS法实现饮料中碱性嫩黄O的检测。尽管以上方法成功实现了合成色素的现场、简单、快速、高灵敏检测，但其合成的拉曼增强材料均一性不好，而且忽视了SERS用于定量时普遍存在的问题——增强基底的不均匀性以及体系中不明干扰物都会对SERS检测结果的重复性产生很大的影响，进而影响结果的准确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述SERS检测结果的缺陷，提供一种拉曼增强纳米材料及其制备方法和应用，上述拉曼增强纳米材料的稳定性好、均一性好、增强效果好，采用表面增强拉曼光谱内标法检测时，有效解决了因体系中其它物质干扰、增强基底不均一等原因造成的拉曼结果重复性差的问题。为了实现上述目的，在基础的实施方案中，本专利技术一方面提供一种拉曼增强纳米材料，包括内核，在内核上修饰的内标分子以及在修饰有内标分子的内核表面包裹的壳层，所述内核为球形纳米金，所述内标分子为甲酚紫(CVa)，所述壳层为金属银壳层。在一种优选的实施方案中，所述纳米材料的粒径为30～80nm。本专利技术另一方面提供了上述纳米材料的制备方法，包括如下步骤：S1、采用晶种增长法合成胶体稳定性好、粒径均一的球形纳米金；S2、在所述球形纳米金表面修饰充当内标的拉曼信号分子CVa，在修饰有CVa的纳米金表面进一步包裹Ag壳，合成出Au-CVa@Ag纳米材料。在一种优选的实施方案中，所述步骤S1的晶种增长法合成球形纳米金，包括：(1)将稀释后的HAuCl4·3H2O溶液剧烈搅拌，加热至沸腾后，快速加入柠檬酸钠-柠檬酸混合溶液，继续加热搅拌，合成得到晶种溶液，冷却至室温备用；(2)取步骤(1)合成的晶种溶液稀释后，在室温下剧烈搅拌，将A液和B液采用蠕动泵缓慢加入晶种溶液中；之后加热至沸腾，继续搅拌，得到第一步增长溶液，冷却至室温；其中：A液为HAuCl4·3H2O的稀释溶液，稀释前A液的w/v为0.2％，B液为抗坏血酸和柠檬酸钠混合溶液的稀释溶液，稀释前B液的w/v为1％；(3)取步骤(2)合成的第一步增长溶液稀释后，室温下剧烈搅拌，将A液和B液采用蠕动泵分别同时缓慢加入第一步增长溶液中；之后加热至沸腾，继续搅拌，合成得到纳米金；冷却至室温备用；其中A液为HAuCl4·3H2O的稀释溶液，稀释前A液的w/v为0.2％，B液为抗坏血酸和柠檬酸钠混合溶液的稀释溶液，稀释前B液的w/v为1％。在一种优选的实施方案中，上述步骤(2)-(3)中，所述w/v为0.2％的HAuCl4·3H2O溶液、w/v为1％的抗坏血酸溶液与w/v为1％的柠檬酸钠溶液的体积比为8:2:1。在一种优选的实施方案中，上述步骤(2)-(3)中，所述蠕动泵的参数设置为2.5～3.0。在一种优选的实施方案中，所述步骤S2中由所述纳米金合成得到Au-CVa@Ag纳米材料，具体包括：在所述纳米金中加入CVa溶液，室温过夜静置或温和振荡后，离心重悬到超纯水中，得到Au-CVa溶液；在搅拌状态下，依次加入柠檬酸钠溶液、抗坏血酸溶液，然后逐滴缓慢加入硝酸银溶液，待溶液加完后继续搅拌，所得产物冰箱4℃保存备用。在一种优选的实施方案中，所述CVa溶液的浓度为1.0mM，柠檬酸钠溶液的质量分数为0.1％～1％，抗坏血酸和硝酸银的浓度分别为17.6mg/mL和1.69mg/mL。在一种优选的实施方案中，所述CVa溶液的体积为0.5～10μL，柠檬酸钠溶液、抗坏血酸溶液以及硝酸银溶液的体积分别为200μL，50μL，50～600μL。在一种优选的实施方案中，所述步骤S2中由所述纳米金合成得到Au-CVa@Ag纳米材料，具体包括：在所述纳米金中加入CVa溶液，室温过夜静置或温和振荡后，离心重悬到超纯水中，得到Au-CVa溶液；在搅拌状态下，在Au-CVa溶液中依次加入柠檬酸三钠、抗坏血酸、硝酸银、氢氧化钠，待溶液加完后室温继续搅拌，最后离心、重悬到等体积超纯水中，4℃保存备用。在一种优选的实施方案中，所述CVa溶液的浓度和体积分别为1.0mM和0.5～10μL，硝酸银溶液的浓度和体积分别为16.9mg/mL和15～60μL，氢氧化钠溶液的浓度和体积分别为4mg/mL和50～150μL。本专利技术另一方面提供了上述纳米材料的应用，将其应用于表面增强拉曼光谱内标法中检测食品合成色素。在一种优选的实施方案中，所述食品合成色素选自孟加拉玫瑰红、柯衣定、赤藓红、罗丹明B和罗丹明G。在一种优选的实施方案中，所述表面增强拉曼光谱内标法检测食品合成色素的方法，包括：A1、将Au-CVa@Ag纳米材料、助凝剂以及已知浓度的待测色素标准溶液置于容器中室温混合，得到混合物，反应1～2min，采用便携式拉曼光谱仪直接进行拉曼测试，以待测合成色素某一明显特征峰峰强与CVa在591cm-1处峰强的比值为纵坐标，待测合成色素的浓度为横坐标，绘制定量分析标准工作曲线；A2、将待测未知浓度的色素样品与Au-CVa@Ag纳米材料、助凝剂室温混合，反应1～2min；借助便携式拉曼光谱仪，检测混合物中待测色素某一明显特征峰峰强与CVa在591cm-1处峰强的比值，将其代入步骤A1获得的标准工作曲线中，从而得出样品中待测色素的准确含量。在一种优选的实施方案中，所述助凝剂为含有40mMKBr的柠檬酸-柠檬酸钠溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉曼增强纳米材料，其特征在于：包括内核、在内核上修饰的内标分子以及在修饰有内标分子的内核表面包裹的壳层，所述内核为球形纳米金，所述内标分子为甲酚紫，所述壳层为金属银壳层。

【技术特征摘要】
1.一种拉曼增强纳米材料，其特征在于：包括内核、在内核上修饰的内标分子以及在修饰有内标分子的内核表面包裹的壳层，所述内核为球形纳米金，所述内标分子为甲酚紫，所述壳层为金属银壳层。2.根据权利要求1所述的拉曼增强纳米材料，其特征在于，所述纳米材料的粒径为30～80nm。3.如权利要求1-2任一项所述纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、采用晶种增长法合成球形纳米金；S2、在所述球形纳米金表面修饰充当内标的拉曼信号分子甲酚紫，在修饰有甲酚紫的纳米金表面进一步包裹Ag壳，合成出Au-CVa@Ag纳米材料。4.根据权利要求3所述纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1的晶种增长法合成球形纳米金，包括：(1)将稀释后的HAuCl4·3H2O溶液剧烈搅拌，加热至沸腾后，快速加入柠檬酸钠-柠檬酸混合溶液，继续加热搅拌，合成得到晶种溶液，冷却至室温备用；(2)取步骤(1)合成的晶种溶液稀释后，在室温下剧烈搅拌，将A液和B液采用蠕动泵缓慢加入晶种溶液中；之后加热至沸腾，继续搅拌，得到第一步增长溶液，冷却至室温；其中A液为HAuCl4·3H2O的稀释溶液，稀释前A液的w/v为0.2％，B液为抗坏血酸和柠檬酸钠混合溶液的稀释溶液，稀释前B液的w/v为1％；(3)取步骤(2)合成的第一步增长溶液稀释后，室温下剧烈搅拌，将A液和B液采用蠕动泵分别同时缓慢加入第一步增长溶液中；之后加热至沸腾，继续搅拌，合成得到纳米金；冷却至室温备用；其中A液为HAuCl4·3H2O的稀释溶液，稀释前A液的w/v为0.2％，B液为抗坏血酸和柠檬酸钠混合溶液的稀释溶液，稀释前B液的w/v为1％。5.根据权利要求4所述纳米材料的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)-(3)中，所述w/v为0.2％的HAuCl4·3H2O溶液、w/v为1％的抗坏血酸溶液与w/v为1％的柠檬酸钠溶液的体积比为8:2:1；优选地，所述蠕动泵的参数设置为2.5～3.0。6.根据权利要求3所述纳米材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中由所述纳米金合成得到Au-CVa@Ag纳米材料，具体包括：在所述纳米金中加入CVa溶液，室温过夜静置或温和振荡后，离心重悬到超纯水中，得到Au-CVa溶液；在搅拌状态下，依次加入柠檬酸钠溶液、抗坏血酸溶液，然后逐滴缓慢加入硝酸银溶液，待溶液加完后继续搅拌，所得产物冰箱4℃保存备用；优选地，所述CVa溶液的浓度为1.0mM，柠檬酸钠溶液的质量分数为0.1％～1％，抗坏血酸和硝酸银的浓度分别为17.6mg/mL和1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王利华，朱运峰，吴文辉，肖康飞，曹飘杨，胡姣，白向茹，战艺芳，王佳慧，
申请(专利权)人：武汉市农业科学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42