一种eTLC-SERS方法技术领域
本发明涉及分析检测技术领域,具体地说,是一种集SERS增强与TLC分离于一体
的—新型eTLC-SERS分析方法。
背景技术
薄层色谱-表面增强拉曼光谱联用技术(TLC-SERS),利用TLC实现复杂体系的简单
分离,再利用SERS实现待检成分的定性、定量鉴别,两种方法相补充,简便、专属性强,近年
来受到人们的极大关注。传统TLC-SERS联用技术的分析步骤如下:首先,将待测物TLC分离
后,加入增强基底(如金胶、银胶等),然后置于拉曼仪器下检测。目前使用的增强基底,多为
金属类基底,其稳定性较差、灵敏度低且不易保存。而且,对于那些与金属亲和力较差的分
析物的检测,传统方法具有一定的局限性。此外,传统方法,增强基底滴在薄层板上,存在
“咖啡环效应”(“咖啡环效应”是由液滴内部毛细流动和马拉哥尼流动而产生的,导致纳米
粒子在薄层板上分布不均的现象),导致信号强度不均,RSD(相对标准偏差)大,使检测结果
的可信度遭到质疑。以上种种原因,使该技术的应用受到限制。
为了解决以上问题,进一步促进TLC-SERS联用技术在分析领域的发展。现有技术
提出了一种将SERS增强与TLC分离整合为一体的理念。如果,像传统TLC-SERS技术,TLC过程
后,必须通过增强基底才能产生SERS效应,然而增强基底保存时容易变质,如果每次检测都
需要制备基底,检测就会费时且繁琐。而且,TLC过程后,再加增强基底,“咖啡环效应”是无
法避免的。而,如果,TLC过程后,无需通过增强基底就可以产生SERS效应,那么就不存在“咖
啡环效应”的干扰,也没有制备基底的繁琐步骤。传统的TLC-SERS方法,对于那些分离后无
法对斑点进行定位的化合物是无法检测的。
基于SERS增强与TLC分离一体化理论的优点,现有技术中公开制备SERS增强与TLC
分离一体化平台的方法,如H.Takei等构建了双层检测平台,下层修饰上金属纳米粒子,用
以SERS增强,上层铺上一层硅胶材料,用以TLC分离,得到集SERS增强与TLC分离为一体的检
测技术。(H.Takei,J.Saito,K.Kato,H.Vieker,A.Beyer and A.GTLC-SERS
Plates with a Built-In SERS Layer Consisting of Cap-Shaped Noble Metal
Nanoparticles Intended for Environmental Monitoring and Food Safety
Assurance,Journal of NanomaterialsVolume 2015,Article ID 316189,9pages)。然而,
这种双层检测平台,其分离层,在TLC过程中,很多分析物残留在上层的分离层,无法渗透到
下层的SERS增强层,检测的灵敏度较差。为了得到更好的检测方法,J.Chen等利用三角沉积
技术将银纳米棒沉积于玻璃板上,得到集SERS增强与TLC分离于一体的检测平台。(J.Chen,
Y.-W.Huang and Y.P.Zhao,Detection of polycyclic aromatic hydrocarbons from
cooking oil using ultra-thin layer chromatography and surface enhanced Raman
spectroscopy,J.Mater.Chem.B,2015,3,1898–1906)但是,这种方法所采用的基底材料是
银纳米棒,银不是绝对惰性的材料,可能会和部分待测物或流动相发生反应。有报道称,
MOFs(金属有机骨架材料)具有多孔拓扑结构、超高的比表面积及内外可修饰的特性,被广
泛用于SERS增强、液相色谱、气相色谱固定相等。然而,利用MOFs材料的多种特性,来改善传
统TLC-SERS联用技术的不足的报道,到目前为止,还没有看到。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种集SERS增强与TLC分离
于一体的新型分析方法,是一种新型增强薄层色谱-表面增强拉曼光谱(Surface enhanced
thin layer chromatography-Raman spectroscopy,简称eTLC-SERS)方法,主要由两个重
要部分组成:eTLC检测平台和便携式拉曼光谱仪。本发明开发的eTLC-SERS方法提高了检测
灵敏度,消除了传统方法中“咖啡环效应”的影响,降低了检测误差,简化了操作步骤,扩宽
的应用范围,显出地提高了检测效率。同时,对于那些分离后无法对斑点进行定位的化合
物,可采用eTLC-SERS方法使用逐点扫描的方式进行检测。eTLC-SERS方法,集SERS增强与
TLC分离一体化,可以消除繁琐的步骤,降低RSD,提高检测结果的可信度,同时其可适用于
所有拉曼可测的化合物,大大扩展了传统方法的应用范围。
为了实现上述目的,采用了以下技术方案:
本发明的第一方面,提供一种eTLC-SERS方法,作为一种新型分析技术,包括以下
步骤:
步骤一,eTLC平台的搭建:
制备AuNPS/MIL-101基底,将其与传统薄层用硅胶混合,加入粘合剂CMC-Na,搅拌
混合后,超声处理,得到均一匀浆后,将其涂布于干净的玻璃板上,室温下,放置过夜,即制
得eTLC平台;使用前,置于烘箱中,110℃干燥30min,冷却,密闭保存,备用;
步骤二,样品溶液、润湿剂溶液的制备:
制备待测样品溶液备用;配置浓度为10-3mol/L-10-1mol/L(优选10-2mol/L)的盐酸
溶液作为润湿剂备用;
步骤三,原位检测eTLC平台的SERS活性:
将拉曼探针分子(如:罗丹明6G、结晶紫、对巯基苯胺等)制备成溶液,点样于eTLC
平台上,将其置于便携式拉曼光谱仪下,滴加润湿剂(5-10ul),以激光功率为60mw~100mw,
照射时间为3s~10s,对样品斑点进行检测,并记录所得拉曼光谱;
步骤四,薄层展开过程:
将待测样品溶液点样于eTLC平台上,待斑点完全干燥后;放入展开缸中,利用展开
剂进行展开,展开结束,取出将展开剂挥干;所述的展开剂为:乙酸乙酯:乙醇:水=8:2:1
(体积比);
步骤五,采集拉曼光谱:
将展开后的eTLC平台,置于便携式拉曼光谱仪下,滴加盐酸溶液(5-10ul)作为润
湿剂后,以激光功率为60mw~100mw,照射时间为3s~10s,从原点处前10mm开始扫描,直至
溶剂前沿后10mm处,记录扫描所得拉曼光谱;
步骤六:对待测样品溶液组分进行确定:
将步骤五中所得拉曼光谱与标准拉曼图谱库进行比对,确定待测样品溶液的组
成。
优选的,步骤一中所述的AuNPS/MIL-101基底与传统薄层用硅胶的混合比例为1:
1,w/w。
优选的,步骤一中所述的粘合剂CMC-Na的浓度为0.3%-1%,w/v。
优选的,步骤一中所述的超声的时间为30-60min。
优选的,步骤一中所述的eTLC平台的厚度为200-300um。
优选的,步骤三和步骤五中所述的便携式拉曼光谱仪的激发波长785nm。
本发明优点在于:
1、本发明的新型eTLC-SERS方法的研发,该技术中的eTLC平台是一个集SERS增强
与TLC分离于一体的检测平台,其由传统硅胶和NPs@MOF复合材料共同组成。NPs@MOF复合材
料的存在,使eTLC平台成为具有SERS活性的检测平台。同时,由于MOFs材料和硅胶材料的多
孔结构和超高比表面积的特性,使其作为色谱固定相用于化合物的分离,使SETLC板具有薄
层分离特性的检测平台。本发明将二者完美的结合,研发SERS增强与TLC分离于一体的新型
eTLC-SERS方法。
2、本发明开发的新型eTLC-SERS方法,提高了与金属亲和性差的化合物的信号强
度,提高了检测灵敏度,消除了传统方法中“咖啡环效应”的影响,降低了检测误差,简化了
操作步骤,节约分析时间,显著地提高了检测效率。同时,对于那些分离后无法对斑点进行
定位的化合物,可采用eTLC-SERS方法使用逐点扫描的方式进行检测。与传统方法相比,
eTLC-SERS方法的应用范围更大,应用前景更广。
附图说明
图1为本发明的实施例1提供的NPs@MOF结构的透射电镜表征图。
图2为本发明提供的新型eTLC-SERS方法的分析流程。
图3为本发明实施例1提供的SETLC平台的实物图。
图4为本发明实施例1提供的SETLC平台的扫描电镜图。
图5为本发明的实施例1提供的新型eTLC-SERS方法与传统TLC-SERS技术的灵敏度
对比图。
图6为本发明的实施例2提供的复杂体系A在eTLC平台上展开后的实物图。
图7为本发明的实施例2提供的复杂体系A在eTLC平台上展开后的拉曼扫描光谱
图。
图8为本发明的实施例3提供的复杂体系B在eTLC平台上展开后的实物图。
图9为本发明的实施例3提供的复杂体系B在eTLC平台上展开后的拉曼扫描光谱
图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种新型eTLC-SERS方
法及其特性进行详细描述。
实施例1
在本实施例1中,以R6G为探针分子,采用原位检测的方式,具体检测eTLC检测平台
的SERS活性情况。
制备eTLC检测平台,首先制备AuNPs@MIL-101复合物,结果如图1所示。图1为本发
明的实施例1提供的NPs@MOF结构的透射电镜表征图。然后将复合物与传统薄层层析用硅胶
以1:1的质量比混合,加入适量的粘合剂CMC-Na,搅拌形成均匀匀浆后,涂布于玻璃板上,室
温下过夜,活化后,即得到eTLC检测平台。
本发明将得到的eTLC检平台进行表面形态的表征,结果如图3和图4所示,图3为本
发明实施例1提供的eTLC检测平台的实物图。可以看出,它的颜色为浅紫色,表面均匀、平
坦;图4为本发明实施例1提供的eTLC检测平台的扫描电镜图,从图中可以看出,AuNPs@MIL-
101复合物的大小大约为1um,硅胶颗粒约20-40um,AuNPs@MIL-101复合物均匀地分布于硅
胶颗粒的表面。由图4可以得出,eTLC检测平台的均一度好,可提供高重现性的SERS信号,为
定量检测奠定基础。
图2为本发明提供的新型eTLC-SERS方法的分析流程。本实施例以1ul摩尔浓度为
10-4mol/L的R6G溶液为探针分子溶液,按照图2中原位检测的分析流程,首先将其滴到本实
施例得到的eTLC检测平台上,然后置于拉曼仪器下,滴加5ul摩尔浓度为10-2mol/L的盐酸作
为润湿剂进行检测,检测得到探针分子的SERS信号强度。
结果如图5,图5为本发明实施例1和比较例1得到的检测结果,由图5可以看出,在
本实施例得到的eTLC检测平台上,所述对R6G的SERS信号具有较高的强度,约为比较例中传
TLC-SERS技术中,TLC检测平台上的SERS信号强度(1361cm-1处)的18.6倍。
比较例1
本比较例,与实施例1不同的是,其TLC检测平台,不具有SERS活性,必须通过加入
SERS活性基底才会产生SERS效应。
本比较例,同样以1μL摩尔浓度为10-4mol/L的R6G乙醇溶液为探针分子,将其滴到
本比较例的TLC检测平台上,通过在探针分子斑点处滴加5ul金胶作为增强基底(直径:约
50nm),收集斑点处的SERS信号。
结果如图5所示,图5为本发明实施例1和比较例1得到的检测结果。由图5可以看
出,在本比较例的TLC检测平台上,所述R6G的SERS信号强度较弱甚至未见特征信号出现,这
说明,本发明提供的新型eTLC检测平台具有较高的灵敏度,能够降低待测物的检测限。
实施例2
在本实施例2中,将罗丹明6G(R6G)、罗丹明B(RB)、结晶紫(CV)同浓度等体积混合,
制备成复杂体系A;以复杂体系A为分析对象,采用本发明的新型eTLC-SERS方法,具体解释
eTLC-SERS方法的应用方法及特性。
制备eTLC检测平台,首先制备AuNPs@MIL-101复合物,按复合物与传统薄层层析用
硅胶以1:1的质量比混合,加入适量的粘合剂CMC-Na,搅拌形成均匀匀浆后,涂布于玻璃板
上,室温下过夜,活化后,即得到eTLC检测平台。
首先,按照图2所示分离检测的流程,将复杂体系A,点样于eTLC平台上,待斑点完
全干燥后。放入展开缸中,利用展开剂进行展开,展开结束,取出,将展开剂挥干。
将展开后的SETLC平台,置于便携式拉曼光谱仪下,滴加盐酸溶液5ul作为润湿剂
后,以激光功率为80mw,照射时间为5s,从原点处开始扫描,直至溶剂前沿处,记录扫描所得
拉曼光谱。
结果如图6和图7所示,图6为本发明提供的复杂体系A在eTLC平台上展开后的实物
图。由图中我们可以看出,在本发明的eTLC平台上,可以清晰的看出三个斑点的存在。图7为
本发明提供的复杂体系在eTLC平台上展开后拉曼扫描的光谱图。由图7可看出,所有光谱
图,根据峰形可以分为三类。通过将所得光谱图与拉曼光谱库中物质进行对比,我们证实了
复杂体系A确实由R6G、RB和CV这三种组分组成。
实施例3
将R6G、RB同浓度等体积混合,制备成复杂体系B;进一步的以复杂体系B为分析对
象,采用本发明的新型eTLC-SERS方法,进一步解释eTLC-SERS方法较传统TLC-SERS方法的
优越之处。
将复杂体系B,分别点样于eTLC平台上,待斑点完全干燥后。放入展开缸中,利用展
开剂进行展开,展开结束,取出,将展开剂挥干。
结果如图8,图8为复杂体系B分离后的实物图。可以看出两个斑点的分离度很低。
如果,使用传统的方法,滴加金属胶于待测斑点上,5ul胶斑点大小约为50000um。当两个物
质斑点临近或者重叠程度很高时,胶会同时将两个物质斑点覆盖。两个斑点无法独立进行
检测,相互干扰。所以,TLC-SERS方法,斑点必须达到一定的分离度,才可对其进行检测。对
比而言,我们的eTLC-SERS方法,无需滴加金属胶,可对物质斑(约2000um),以激光斑点大小
(100um)为检测单元,对斑点的不同位置进行检测,一共可对斑点的2000/100即20个不同的
位置进行检测,相当于对整个斑点进行全方位的拉曼扫描,不会漏掉任何一个可能获取物
质信息的点,如图9,使用eTLC-SERS方法,对两个分离度极低的斑点进行连续扫描,所得到
的一系列拉曼图谱。图9为本发明提供的复杂体系B在eTLC平台上展开后的逐点扫描图。由
图中我们可以看出,0-200um间距内为基底峰,100-1800um之间为R6G的光谱,1800-2200um
之间为混合物的峰,2200-3200um之间为RB的峰。由此可知,利用eTLC-SERS方法,可以很好
的区分出混合斑点中各物质之间的关系,并确定其组成。和传统TLC-SERS方法相比,eTLC-
SERS方法,在分离度不佳的情况下,也可以完成检测。这对于那些容易受环境因素影响和那
些结构相识度很高的物质,TLC分离时易导致斑点重叠,无疑是一种非常有利的分析手段。
由实施例可知,本发明提供一种新型eTLC-SERS方法,作为一种新颖的分析技术。
该技术的重点是eTLC检测平台,其组成包括:AuNPs@MIL-101复合物和传统薄层层析用硅
胶。所述,AuNPs@MIL-101复合物,AuNPs是嵌入MIL-101骨架内的,尺寸大小约50nm。采用发
明提供的eTLC-SERS方法对待测物进行检测时,本身具有SERS活性,无需滴加任何的金属增
强基底,即可得到很好的SERS信号,这消除了传统TLC-SERS技术中“咖啡环效应”的干扰,检
测结果的RSD较小,显著的提高了结果的可信度。而且将金属纳米粒子嵌入MIL-101骨架材
料中,可防止纳米粒子聚集而导致的SERS信号丢失的情况。此外,MIL-101具有多孔结构,拥
有超高的比表面积,使得其非常适合作用色谱材料,同时多孔结构还可捕捉和富集待测分
子,拉近待测分子与金属纳米粒子的距离,产生更多“热点”,可显著提高检测灵敏度。同时,
和传统TLC-SERS方法相比,eTLC-SERS方法,在分离度不佳的情况下,也可以完成检测。这对
于那些容易受环境因素影响和那些结构相识度很高的物质,TLC分离时易导致斑点重叠,无
疑是一种非常有利的分析手段。
因此,本发明提供的eTLC-SERS方法,与传统TLC-SERS方法相比,不仅可以对复杂
体系进行分离,同时还进一步提高了检测的灵敏度,消除了“咖啡环效应”的影响,检测结果
的RSD减小,提高了结果的可信度。同时,其具有集SERS增强与TLC分离于一体的特性,无需
“加胶”过程,节约了分析时间,提高了检测效率。其诸多优势,使其具有巨大潜能被应用于
化学或生物领域中的定性和定量分析。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述
实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可做出种种的等同的
变型或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。