文献分享丨银线滤纸 SERS 基底检测卡用于急性中毒物及污染物的检测

2023-03-23 14:31:02 上海如海光电科技有限公司

一、研究背景

近年来，急性中毒事件频繁发生，危害到人类的身体健康，甚至威胁生命，发展急性中毒物的快速检测方法是亟需解决的关键问题之一[1]。急性中毒是毒物通过粘膜、呼吸道等途径进入人体，使人体器官功能受损[2]。中毒者病情变化快，如果没有得到及时治疗，会有生命危险，所以必须快速进行急救处理[3]。

当前，检测急性毒物和污染物的方法主要包括：气相色谱法、气相色谱-质谱联用法、高效液相色谱、液相色谱-质谱联用技术等。首先这些分析方法检测所需时间比较长，检测成本也比较高，往往需要使用大型的精密仪器，对操作人员的专业技术要求也比较高，难以满足急性中毒物的快速检测这类现实需求，不利于中毒物及污染物的快速检测。所以，对中毒物的新型快速鉴定方法有着迫切的现实需求。因此，需要建立急性中毒物与污染物的快速检测与分析的方法。SERS 技术作为一种快速检测的方法，将其与实际生活检测结合起来尤为必要。

二、研究内容2.1 银线滤纸基底及溶剂的 SERS 检测

图 1 (A) 便捷式拉曼光谱仪；(B) a 曲线为浓度为 CV 10-6 mol/L 的 SERS 光谱图， b 曲线为银线滤纸基底 SERS 光谱图

为了验证银线滤纸基底对待测物的检测是否有影响，采用便捷式拉曼光谱仪（图 1 -A），对浓度为 10-6 mol/L 的结晶紫和银线滤纸基底在相同测试条件下分别进行了 SERS 检测。如图 1- B 所示，图中曲线 b 是银线滤纸基底的 SERS 光谱图，基本没有拉曼峰，曲线 a 是浓度为 10-6 mol/L CV 的 SERS 光谱图，从两曲线对比可以看出，银线滤纸基底对待测物的检测基本不产生影响，可以用于后续的急性中毒物及污染物的 SERS 检测。

2.2 最佳涂覆次数银线滤纸基底的筛选

图 2（A）不同涂覆次数的银线滤纸基底 CV 的 SERS 光谱图;（B）在 1175 cm-1 拉曼位移处,不同涂覆次数对应的拉曼强度图

为了研究不同涂覆次数的银线滤纸基底对 SERS 效果的影响，选取浓度为 10-5 mol/L 的 CV 溶液，采用 SEED 3000 便捷式拉曼光谱仪，积分次数选择 1 次，激光波长选取 785 nm，功率选取 50 mW，积分时间选取 1 s，拉曼位移选 600-1800 cm-1之间，用涂覆次数分别为 1 次-5 次的银线滤纸进行 SERS 检测，结果如图 2- A 所示。从图中可以看出，在 1175 cm-1 拉曼位移处，涂覆次数为 2 次时，SERS 强度最强，随着涂覆次数再一次的增加，拉曼强度减弱，可能是由于银线之前相互堆积导致热点区域的减少，从而拉曼强度减弱。由图2- B中可知，涂覆次数为 2 次，SERS 效果最好，故选用涂覆次数为 2 次的银线滤纸作为之后的 SERS 基底。

2.3 银线滤纸检测卡 SERS 检测的灵敏度分析

图3（A）CV 浓度为 10-4 mol/ L~ 10-8 mol/ L 的 SERS 光谱图;（B）拉曼位移在 1175 cm-1处的 CV 浓度对数与 SERS 强度的散点图

选取 CV 作为探针分子对 AgNWs的SERS 灵敏度进行考察评估，图 3- A是以银线滤纸作为基底，对不同浓度 CV 检测出的 SERS 光谱图，从图中可以清晰的看到 CV 主要的拉曼特征峰，分别位于 800 cm-1、912 cm-1、1175 cm-1、1385 cm-1、1586 cm-1、1619 cm-1 处，在拉曼位移为 800 cm-1、912 cm-1、1175 cm-1 处的峰，不仅与 C-H 键振动有关，还和放射状芳香骨架振动有关，位于 1385 cm-1、1619 cm-1处的吸收峰来源于 N-phenyl 伸缩芳香环振动[4]。可以看出拉曼信号强度随浓度增加而提高，当 CV 浓度低至 10-8 mol/L 时，也能够在收集的光谱中捕获特征峰信号，且峰值强度满足 3 倍信噪比，故表明银线滤纸基底检测卡对 CV的检测极限为 10-8 mol/L，说明该基底灵敏性较高，可以满足现场检测的需要。由图3- B 可知，随着 CV 浓度的增加，SERS 强度也随之增加，在浓度为 10-4 mol/ L~10-8 mol/ L 范围内，SERS 强度与 CV 的对数浓度关系呈正相关。

文献来源

参考文献

[1] Li Q, Yu W, Qu Y, et al. Acute toxic encephalopathy following bromadiolone intoxication: a case report[J]. Bmc Neurology, 2021, 21(1): 1-4.

[2] 赵元晶, 辛雅雯, 张明霞. 急性中毒 483 例流行病学和药物治疗分析[J]. 临床合理用药杂志, 2021, 14(01): 123-127.

[3] Han K S, Kim S J, Lee E J, et al. Development and validation of new poisoning mortality score system for patients with acute poisoning at the emergency department[J]. Critical Care, 2021, 25(1).

[4] Liu L, Hou S, Zhao X, et al. Role of Graphene in Constructing Multilayer Plasmonic SERS Substrate with Graphene/AgNPs as Chemical Mechanism-Electromagnetic Mechanism Unit[J]. Nanomaterials (Basel), 2020, 10(12).

三、SEED3000便携式拉曼光谱仪