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一種基于表面修飾的磁性納米花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法

閱讀:1025發(fā)布:2020-05-13

專利匯可以提供一種基于表面修飾的磁性納米花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法專利檢索,專利查詢,專利分析的服務。并且本 發(fā)明 公開了一種基于表面修飾的 磁性 納米 銀 花基底的抗生素拉曼 光譜 檢測方法,該檢測方法步驟如下:首先在200nm Fe3O4 納米粒子 外包覆一層SiO2,然后SiO2殼表面生成大量銀 種子 ,以種子為核心長出花狀結構;正己硫醇通過巰基與Ag殼連接,依靠表面自組裝疏 水 層對抗生素進行富集。將2種抗生素分別用甲醇水和 牛 奶稀釋至不同濃度,用SPE固相萃取柱進行純化富集。通過拉曼光譜檢測,獲得不同基質中抗生素的最低 檢測限 ,加標回收率在78.50%~113.59%。該方法具有較高的回收率,完全可以滿足對抗生素殘留分析的要求。本發(fā)明還公開了由上述方法制備的正己硫醇修飾的磁性銀花納米顆粒作為高性能的SERS基底,其結構具有大量熱點,可作為一種簡單、快速、靈敏度高的抗生素殘留的分析方法。,下面是一種基于表面修飾的磁性納米花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.基于表面修飾的磁性納米花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,其特征在于:
正己硫醇(C6)作為表面修飾劑,通過一步合成法,自組裝到磁性納米銀花的銀殼表面作為SERS增強基底;正己硫醇(C6)修飾的SERS基底在增強拉曼信號的同時,可以富集溶液中具有疏基團的抗生素分子,使SERS基底表面能吸附更多的抗生素分子,從而獲得更強的抗生素分子的拉曼信號;利用此SERS基底對溶液和奶中抗生素進行了一系列定性定量檢測實驗;建立了一種簡單、高效、靈敏度高的針對食品中抗生素殘留分析的檢測方法;
具體包括如下步驟:
1)制備磁性納米銀花;
首先在200nm?Fe3O4納米粒子外包覆一層SiO2,并通過化學的方法長出銀種子顆粒,最后通過甲水在超聲條件下快速還原出花狀外殼;磁性納米銀花的外殼上凸起的銀棒是一種典型的納米尖端結構,具有很強的SERS增強性能;
2)用步驟1)制備好的磁性納米銀花溶于10mg/ml無水乙醇中,超聲10分鐘使其完全分散;加入若干微升配制好的10mM正己硫醇(C6)原液,使得終濃度為50μM;
3)將步驟2)得到的溶液超聲反應2小時,使正己硫醇(C6)完全自組裝于磁性納米銀花表面,用乙醇洗三次,保存于乙醇溶液中待用;
4)2種抗生素溶液樣品制備:將氯霉素和環(huán)丙沙星分別配制成1mg/ml的標準儲備液;隨后,采用10倍稀釋的方法制備濃度范圍從10-3M~10-12M的抗生素溶液,待用;
5)2種牛奶抗生素樣品制備:將步驟4)配制好的標準儲備液,加入牛奶依次10倍稀釋成
10-3~10-10M的加標牛奶,用SPE固相萃取法進行純化富集,將洗脫液濃縮后待用;
6)將步驟3)得到的溶液分別加入步驟4)和步驟5)制備好的樣品中,利用便攜式拉曼光譜儀對樣品進行檢測;
7)根據(jù)抗生素的拉曼峰強度計算樣品回收率。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,其特征在于:步驟3)中用乙醇清洗3遍,洗掉基底中的雜質和溶劑殘留物,保持基底干凈無雜質,4℃箱保存,待用。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,其特征在于:步驟4)所述2種抗生素溶液的配制方法:取氯霉素1.1mg溶于1.1ml?80%乙醇中,制備得到1mg/ml的氯霉素乙醇溶液作為標準儲備液;環(huán)丙沙星1.2mg溶于1.2ml去離子水中,加入1.5μl甲酸,制備得到1mg/ml的環(huán)丙沙星酸性水溶液作為標準儲備液。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,其特征在于:步驟(6)將制備好的Fe3O4@SiO2-Ag-C6SERS基底用去離子水清洗2遍;加入
300μl乙醇復溶;將300μl不同濃度的抗生素溶液和牛奶抗生素洗脫液,加入20μl?Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底,配制各抗生素的溶劑和空白牛奶作為對照,室溫下超聲30分鐘,點在片上,進行拉曼檢測;便攜式拉曼光譜光譜儀型號為BWS465-785H9?B&W?Tek公司,激發(fā)波長785nm,端口輸出功率為340mW,經(jīng)40×物鏡聚焦后,光斑直徑為105μm,拉曼信號由冷卻溫度為-2℃的CCD接收,拉曼光譜均用硅片在520.7cm-1處的拉曼峰來進行校正。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,其特征在于:步驟(7)選用了未檢出2種待測抗生素的超市購買的牛奶樣品做加標回收試驗,在空白牛奶中分別加入1000、100和10μM/L的3個濃度的2種抗生素,然后用SPE固相萃取柱對牛奶中抗生素進行提取,提取液濃縮后,進行拉曼光譜檢測,然后根據(jù)抗生素的拉曼峰強度計算回收率。

說明書全文

一種基于表面修飾的磁性納米花基底的抗生素拉曼光譜

測方法

技術領域

[0001] 本發(fā)明涉及制備表面修飾的磁性納米銀花SERS基底,具體涉及一種基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,屬于光子材料、納米材料、食品安全檢測領域。

背景技術

[0002] 食品安全問題受到國際社會的廣泛關注,抗生素殘留是食品安全檢測的重要內(nèi)容。目前傳統(tǒng)的針對食品中抗生素的檢測分析方法,大部分采用的是實驗室內(nèi)的高效液相色譜法、氣相色譜法、氣質聯(lián)用、液質聯(lián)用等方法。這些方法靈敏度高,重復性好,應用普遍,但需要專業(yè)人員操作,樣品前處理過程繁瑣,耗時,勞動強度大。因此,建立一種簡單、有效的分析方法來實現(xiàn)食品中抗生素殘留的有效檢測是非常重要的。
[0003] 作為一種高靈敏度的表征手段,近年來表面增強拉曼光譜光譜技術(SERS)在食品中抗生素殘留分析與檢測上的研究越來越深入和廣泛。SERS檢測技術中,SERS活性基底的選擇和制備成為獲得高質量SERS信號的關鍵。制備一種表面修飾的磁性納米銀花基底,在增強拉曼信號的同時,富集溶液中具有疏基團的抗生素分子,從而獲得更強的抗生素分子的拉曼信號。

發(fā)明內(nèi)容

[0004] 本發(fā)明的目的是制備一種磁性納米銀花基底,圍繞SERS基底的增強能,對該基底表面進行化學修飾,針對食品中抗生素殘留問題展開一系列的應用研究。
[0005] 一種基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,包括以下步驟:
[0006] 1)制備本實驗室自主合成的磁性納米銀花;
[0007] 2)用步驟1)制備好的磁性納米銀花溶于10mg/ml無水乙醇中,超聲10分鐘使其完全分散;加入若干微升配制好的10mM正己硫醇(C6)原液,使得終濃度分別為50μM;
[0008] 3)將步驟2)得到的溶液超聲反應2小時,使正己硫醇(C6)完全自組裝于銀殼磁珠表面,用乙醇洗三次,保存于乙醇溶液中待用;
[0009] 4)抗生素溶液樣品制備:將氯霉素和環(huán)丙沙星分別配制成1mg/ml的標準儲備液。隨后,采用10倍稀釋的方法制備濃度范圍從10-3M~10-12M的抗生素溶液,待用。
[0010] 5)奶抗生素樣品制備:將步驟4)配制好的標準儲備液,加入牛奶依次10倍稀釋成10-3~10-10M的加標牛奶,用SPE固相萃取法進行純化富集,將洗脫液濃縮后待用;
[0011] 6)將步驟3)分別加入步驟4)和步驟5)制備好的樣品中,利用便攜式拉曼光譜儀對樣品進行檢測。
[0012] 7)根據(jù)抗生素的拉曼峰強度計算樣品回收率。
[0013] 步驟(1)所述的這種磁性納米銀花的制備方法是本實驗室首創(chuàng)的,首先在200nm?Fe3O4納米粒子外包覆一層SiO2,并通過化學的方法長出銀種子顆粒,最后通過甲水在超聲條件下快速還原出花狀外殼。磁性納米銀花的外殼上凸起的銀棒是一種典型的納米尖端結構,具有很強的SERS增強性能。我們對這種磁性納米銀花的結構和性能進行表征,證明了其具有很強的SERS活性及磁性。
[0014] 步驟(2)所述的磁性納米銀花在超聲條件下避免了合成過程中磁性粒子的團聚,決定了磁性納米銀花的分散性及結構均一性。正己硫醇(C6)通過巰基(-SH)與Ag殼連接,并通過化學鍵結合,依靠磁性納米銀花表面上的自組裝疏水層與抗生素分子間的疏水作用對抗生素分子進行富集。正己硫醇(C6)修飾的SERS基底在增強拉曼信號的同時,可以富集溶液中具有疏水基團的抗生素分子,將抗生素分子拉近到金屬納米結構表面,使SERS基底表面能吸附更多的樣品分子,從而獲得更強的抗生素分子的拉曼信號。
[0015] 步驟(3)所述正己硫醇(C6)修飾的SERS基底(Fe3O4@SiO2-Ag-C6)用乙醇清洗3遍,洗掉基底中的雜質和溶劑殘留物,保持基底干凈無雜質,4℃箱保存,待用。
[0016] 步驟(4)所述抗生素溶液的配制方法:取氯霉素1.1mg溶于1.1ml?80%乙醇中,制備得到1mg/ml的氯霉素乙醇溶液作為標準儲備液;環(huán)丙沙星1.2mg溶于1.2ml去離子水中,加入1.5μl甲酸,制備得到1mg/ml的環(huán)丙沙星酸性水溶液作為標準儲備液。
[0017] 步驟(5)所述將抗生素標準儲備液用牛奶依次10倍稀釋,濃度范圍10-3~10-10M的加標牛奶,用SPE固相萃取柱進行純化富集,洗脫液濃縮至300μl待用。
[0018] 步驟(6)所述將制備好的Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底用去離子水清洗2遍;加入300μl乙醇復溶;將300μl不同濃度的抗生素溶液和牛奶抗生素洗脫液,分別加入20μl?Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底,室溫下超聲30分鐘,點在片上,配制各抗生素的溶劑和空白牛奶作為對照,進行拉曼檢測。便攜式拉曼光譜光譜儀型號為BWS465-785H9(B&W?Tek公司),激發(fā)波長785nm,端口輸出功率為340mW,經(jīng)40×物鏡聚焦后,光斑直徑為105μm,拉曼信號由冷卻溫度為-2℃的CCD接收,拉曼光譜均用硅片在520.7cm-1處的拉曼峰來進行校正。
[0019] 步驟(7)所述選用了未檢出2種待測抗生素的超市購買的牛奶樣品做加標回收試驗,在空白牛奶中分別加入1000、100和10μM/L的3個濃度的2種抗生素,然后用SPE固相萃取柱對牛奶中抗生素進行提取,提取液濃縮后,進行拉曼光譜檢測,然后根據(jù)抗生素的拉曼峰強度計算回收率。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果為:
[0021] 本發(fā)明所述對磁性納米銀花SERS基底進行表面化學修飾,將表面修飾劑正己硫醇通過巰基與Ag殼連接,并通過化學鍵結合,可以在基底表面形成致密的自組裝層,通過疏水作用對抗生素分子進行富集。正己硫醇修飾的SERS基底在增強拉曼信號的同時,可以富集溶液中具有疏水基團的抗生素分子,使SERS基底表面能吸附更多的抗生素分子,從而獲得更強的抗生素分子的拉曼信號。
[0022] 本發(fā)明所述的基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法,正己硫醇修飾的磁性納米銀花SERS基底,既具有磁珠富集濃縮樣品的特性,又具有銀納米材料光學及化學特性。將該SERS基底用于食品抗生素殘留分析檢測中,比國標要求的檢測方法更簡單、快速,獲得的檢測限更低,并具有較高的樣品回收率??勺鳛橐环N有效的檢測方法用于各種食品中抗生素殘留的分析研究。
[0023] 附圖/表說明
[0024] 圖1為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法中制備正己硫醇修飾的磁性納米銀花的流程示意圖。
[0025] 圖2為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法中正己硫醇修飾的磁性納米銀花在SERS檢測中的應用原理圖。
[0026] 圖3基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法應用于不同濃度氯霉素溶液的SERS光譜與log-log關系圖。
[0027] 圖4為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法應用于不同濃度環(huán)丙沙星溶液的SERS光譜與log-log關系圖。
[0028] 圖5為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法應用于不同濃度牛奶中氯霉素的SERS光譜與log-log關系圖。
[0029] 圖6為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法應用于不同濃度牛奶中環(huán)丙沙星的SERS光譜與log-log關系圖。
[0030] 圖7為基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法應用于牛奶中氯霉素、環(huán)丙沙星的加標回收率計算數(shù)值。

具體實施方式

[0031] 以下實施將結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0032] 實施例1
[0033] 一種高性能表面修飾的磁性納米銀花的制備:
[0034] 圖1給出正己硫醇修飾的磁性納米銀花的流程示意圖。其具體的制備方法分為以下五步:第一步首先在200nm?Fe3O4納米粒子外包覆一層SiO2;第二步通過化學鍍的方法長出銀種子顆粒;第三步通過甲醛和氨水在超聲條件下快速還原出花狀外殼;第四步正己硫醇(C6)通過巰基(-SH)與Ag殼連接,并通過化學鍵結合,依靠磁性納米銀花表面上的自組裝疏水層與抗生素分子間的疏水作用對抗生素分子進行富集;第五步正己硫醇(C6)修飾的SERS基底(Fe3O4@SiO2-Ag-C6)用乙醇清洗3遍,洗掉基底中的雜質和溶劑殘留物,保持基底干凈無雜質,4℃冰箱保存,待用。
[0035] 圖2給出的正己硫醇修飾的磁性納米銀花在SERS檢測中的應用原理圖。取300μl抗生素溶液,加入20μl?Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底混合,渦輪震蕩10秒,超聲30分鐘,通過外加磁對SERS基底進行富集,棄去多余液體,超聲重新混懸后,將基底混合溶液10μl點在硅片上,室溫下自然干燥,進行拉曼光譜檢測。
[0036] 實施例2
[0037] 基于表面修飾的磁性納米銀花基底的抗生素拉曼光譜檢測方法用于兩種抗生素溶液的定性定量分析:
[0038] 圖3是氯霉素溶液的定性定量分析結果。使用Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底對濃度范圍從10-3~10-10M的氯霉素溶液進行拉曼檢測,并且以配制氯霉素溶液的80%乙醇作為信號參照物,得到的SERS光譜如圖3A所示。SERS信號強度隨著氯霉素濃度的降低而逐步降低。由于SERS信號強度對氯霉素的濃度非常靈敏,利用扣除背景的氯霉素的SERS信號強度對其濃度作圖。圖3a為氯霉素在1347cm-1處扣除背景的拉曼峰強度與濃度的log-log關系圖,該線性回歸方程為y=89755+6246.8245x,該方程的相關系數(shù)為0.99,從低到高濃度條件下,呈現(xiàn)良好的線性關系。該方法對CAP的檢測限為100pM(32ppt),低于歐盟對氯霉素的檢測限
0.1μg/kg(100ppt)和美國FDA規(guī)定的檢出限0.3μg/kg(300ppt),該方法具有較好的檢測限和線性范圍。
[0039] 圖4是環(huán)丙沙星溶液的定性定量分析結果。使用Fe3O4@SiO2-Ag-C6?SERS基底對濃度范圍從10-3~10-10M的環(huán)丙沙星溶液進行拉曼檢測,并且以配制環(huán)丙沙星溶液的酸性水作為信號參照物,得到的SERS光譜如圖4A所示。我們選擇環(huán)丙沙星主要特征峰1387cm-1繪制了它們的log-log曲線。如圖4a所示,每個數(shù)據(jù)點表示同一個濃度經(jīng)三次測量得到的平均值,-3 -10這三次測量結果的標準偏差以誤差棒的形式展現(xiàn)在圖中。在10 ~10 M濃度范圍內(nèi),特征峰強度與濃度呈現(xiàn)良好線性關系,線性方程分別為y=71438+6253.5815x,線性相關系數(shù)為
0.98??梢詾槔帽砻嬖鰪娎庾V定量檢測CIP提供實驗依據(jù),該方法對CIP的檢測限為
100pM(33ppt)。
[0040] 實施例3
[0041] 圖5-圖7是牛奶中氯霉素和牛奶中環(huán)丙沙星的定性定量分析結果。以空白牛奶作為信號參照物,得到的SERS光譜如圖5A、圖6B所示。如圖5a,圖6b所示,我們選擇了譜圖中氯霉素的特征峰1347cm-1,環(huán)丙沙星的特征峰1387cm-1,根據(jù)它們的溶液濃度和所對應的特征-3 -9峰強度繪制了它們的log-log曲線。氯霉素、環(huán)丙沙星在10 ~10 M濃度范圍內(nèi),分別獲得線性方程y=6818+653.05879x,r2=0.99;y=13843+1212.5468x,r2=0.98,線性關系良好。
該方法對牛奶中氯霉素、環(huán)丙沙星的檢測限分別為0.1nM(30ppt).,1nM(331ppt),遠低于
2002國家食品安全法規(guī)規(guī)定的最大殘留0.3ng/mL(300ppt),100μg/L(100ppb)10倍以上。選用未檢出2種待測抗生素的超市購買的牛奶樣品做加標回收試驗,在空白牛奶中分別加入
1000、100和10μM/L的3個濃度的2種抗生素,然后用SPE固相萃取柱對牛奶中抗生素進行提取,提取液濃縮后,進行拉曼光譜檢測,圖7為根據(jù)氯霉素和環(huán)丙沙星的拉曼峰強度計算的回收率結果。通過SPE固相萃取法獲得2種抗生素的拉曼峰強度和樣品濃度在10~1000μM/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關系,加標回收率在78.50%~113.59%,相對標準偏差在10.83%~16.89%,該方法具有較高的回收率,完全可以滿足對抗生素殘留分析的要求。
[0042] 上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思和特點,其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施,并不能依此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾,都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
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