表面增强拉曼光谱技术在新精神活性物质检测中的应用

表面增强拉曼光谱技术具有高灵敏的吸附增强效应,提供更强的拉曼信号,通过观察到的特有分子指纹信息可以对分析物做出鉴别.各类新精神活性物质均有相应的特征拉曼信号,因此将表面增强拉曼光谱技术应用于合成大麻素类、合成卡西酮类、哌嗪类、色胺类、氯胺酮及苯环利定类和芬太尼类等新精神活性物质检测中.方法具有灵敏度高、样品处理简单和检测快速的优点,可为鉴定新精神活性物质的结构类别提供科学依据.本文介绍近年来表面增强拉曼光谱技术在各类新精神活性物质检测中的应用进展,旨在为新精神活性物质的筛查提供参考.

表面增强拉曼光谱技术在农药残留检测中的应用研究进展

食品的农药残留问题是威胁人类健康的全球性问题,表面增强拉曼光谱(surface enhanced Raman spectroscopy, SERS)技术作为一种操作简便、快速灵敏的指纹光谱技术,在农药残留检测方面已展现出较大潜力。本文首先描述了SERS增强原理,然后简单概括了SERS基底制备的方法,以基底功能性出发,介绍了食品中农药残留检测中常见的两种类型的SERS基底:通用型基底、特异性基底,通过综述近年来在食品农药残留检测中的应用,总结了二者在检测食品中农药残留的特点和常用的制备工艺,旨在为更多农药残留检测需求提供关于SERS技术方面的启发。最后展望了SERS技术在农药残留检测的挑战并提出可行的建议。

表面增强拉曼光谱技术在食品安全检测领域中的应用

表面增强拉曼光谱(SERS)分析技术是基于拉曼散射现象,通过将被测物质吸附在SERS衬底表面增强其“指纹”信息,以实现痕量检测,具有前处理简单、灵敏度高、操作简单、可实现现场实时无损检测等优点,在食品安全快速检测领域备受关注。文章介绍了各类SERS衬底的特点和局限性,总结了近年来SERS分析技术在食品安全检测领域的研究进展,讨论了其商业应用所面临的挑战,并对其未来发展进行了展望。

基于MXenes的SERS基底增强拉曼光谱检测柑橘中的福美双

目的:研究基于MXenes(Ti3C2Tx)二维材料的表面增强拉曼散射(SERS)基底的农残快速检测方法。方法:采用氟盐刻蚀法制备单层的带负电的MXenes二维材料,再合成正电荷表面活性剂CTAC修饰的30 nm金纳米粒子(AuNPs),通过静电吸附作用,制备MXenes负载金纳米的二维复合基底(AuNPs/MXenes)。以罗丹明6G(R6G)作为拉曼探针分子,优化AuNPs与MXenes胶体溶液混合体系的浓度比例,用于福美双的检测。结果:AuNPs/MXenes的拉曼增强因子为1.7×10^(5),表现出良好的SERS活性,以1379 cm^(-1)处福美双拉曼特征峰的强度与福美双农残浓度的对数构建线性关系,得到标准曲线:y=888x+1151,决定系数R^(2)为0.986,检测限为0.051 ng/mL,低于国家标准5 ng/mL。使用标准的前处理QuEChERS法对柑橘样品进行预处理,实现了真实柑橘样品中的福美双残留的SERS检测,其回收率范围101.1%~122.0%。结论:基于MXenes结构制备的SERS基底,可用于柑橘样品中的福美双检测。

一种基于表面增强拉曼光谱技术的环境水中啶虫脒现场快速检测试剂盒

啶虫脒(acetamiprid,AC)在环境中的蓄积可对生态系统和人体健康产生不利影响。本研究利用表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术,构建了一种快速定性及定量检测环境水中啶虫脒的检测试剂盒。采用化学合成法制备了粒径为40~60 nm的纳米金溶胶作为SERS活性基底,以包覆铝箔的24孔板为反应平台,将一定量的聚沉盐负载到反应孔中诱导信号热点,并与便携式拉曼光谱仪集成为适用于现场检测的试剂盒。通过对聚沉盐负载量、聚沉时间等条件进行优化,在浓度为25~750 ng·mL^(-1)范围内,啶虫脒浓度与SERS信号强度呈现良好的线性关系,R2=0.988。试剂盒检出限低至15.56 ng·mL^(-1),平均加标回收率为90.04%~106.10%,在5 min内实现了环境水中啶虫脒的现场检测。与传统方法相比,该试剂盒便携、操作简单、快速、成本低廉、可同时进行多样本检测,为环境水体中啶虫脒的现场检测分析提供了新选择。

表面增强拉曼光谱技术在细菌生理活性因子和代谢产物分析领域的研究进展

表面增强拉曼散射(SERS)技术作为一种高灵敏度和高分辨率的分析方法,在细菌研究领域展示出广阔的应用前景。SERS技术不仅可在极低浓度水平上进行细菌含量检测,且其微观分辨率可以深入细菌内部,为深刻理解细菌组成和代谢行为提供了机会;无需进行复杂的前处理步骤,即可同时监测多种细菌代谢产物,提高了分析的效率和准确性。这些特性使得SERS技术成为一种强大的工具,用于全面理解细菌的生理活性和代谢产物。该文首先介绍了SERS技术的概念、增强机制以及增强基底材料,然后重点综述了SERS技术在细菌生理活性因子和代谢产物分析领域的研究进展,最后在提出其局限性的同时也对未来发展趋势进行展望。

表面增强拉曼光谱技术快速筛查白酒中对苯二甲酸二辛酯

目的建立表面增强拉曼光谱法(surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)快速筛查白酒中对苯二甲酸二辛酯(dioctyl terephthalate,DOTP)的方法。方法采用水合肼将DOTP对还原成对苯二酸二肼,增强亲水性能,进而与金纳米粒子(Au nanoparticles,AuNPs)结合产生拉曼光谱增强效应而被测定。通过比较DOTP的亲水性修饰产物与对苯二酸二肼标准溶液的SERS谱图,确定方法的可行性。研究进一步探索最佳亲水性修饰反应条件和拉曼光谱测定条件,确定反应的温度、时间、水合肼用量以及促凝剂的浓度。结果在0.2~20.0μg/mL范围内,DOTP特征峰1612 cm^(-1)的强度与DOTP的浓度呈良好线性关系,相关系数(r)为0.993,检出限为0.1μg/mL。方法用于添加DOTP浓度为10、25、50mg/kg的白酒样品中DOTP快速筛查,结果准确可靠。结论本方法所需设备廉价易得,操作简单快速,在DOTP的现场快速检测方面具有良好的应用潜力。

基于表面增强拉曼光谱技术测定聚亚苯基砜奶瓶中4,4′-联苯二酚的迁移量

目的基于Ag纳米粒子(Ag nanoparticles,AgNPs)的表面增强拉曼光谱(Surface enhanced Raman spectroscopy,SERS)技术,建立测定聚亚苯基砜奶瓶中4,4′-联苯二酚迁移量的方法。方法参照GB 31604.1—2015、GB 5009.156—2016,对聚亚苯基砜奶瓶中4,4′-联苯二酚的迁移行为进行研究,将获得的迁移液经0.22μm滤膜过滤后,与AgNPs混合,然后进行SERS测试,并采用高效液相色谱法(High performance liquid chromatography,HPLC)进行验证。结果所制备的AgNPs分布均匀、重现性好,针对4,4′-联苯二酚的最低检测质量浓度可达1 mg/L。在质量浓度范围1~50 mg/L内,1278 cm−1处的峰强度与4,4′-联苯二酚的浓度具有良好的线性关系,相关系数为0.9904。在聚亚苯基砜奶瓶中4,4′-联苯二酚的回收率为88.6%~92.8%,相对偏差为4.02%~6.50%,且与HPLC方法的结果基本一致。结论该方法具有快速、准确、操作简单等优点,可为食品接触材料及制品中的4,4′-联苯二酚检测提供技术参考。

基于表面增强拉曼光谱的牛肝菌主成分分析及快速鉴定

2021年《中国疾病预防控制中心周报》指出蘑菇中毒是我国最严重的食品安全问题之一,2021年发生蘑菇中毒事件327次,涉及923例患者,其中20例死亡,总死亡率为2.17%,事件中共鉴定出毒蘑菇74种。牛肝菌由于味道鲜美,是人们最喜爱的菌类之一。由于烹调不当或是混入有毒牛肝菌,就会发生牛肝菌中毒事件。如何快速得出牛肝菌的主成分并进行鉴定,成为了一个迫切需要解决的问题。该研究从楚雄市鸿福农贸市场上购买的10个新鲜牛肝菌样品,使用菌盖进行徒手切片,用微波法制备的纳米银溶胶制成银胶装片,置于DXR显微拉曼光谱仪的10倍物镜下,获得10个样品的表面增强拉曼光谱(SERS)。通过对SERS的分析发现10个样品中,样品7、8、10主成分相同,样品6、9主成分相同,其余样品主成分各不相同。以样品1为例,主成分有L-苯基丙氨酸(1583 cm^(-1)环内C—C伸缩振动、1199 cm^(-1)NH 2摇摆振动)、L-组氨酸(1572 cm^(-1)C C伸缩振动、COO-不对称伸缩、1229 cm^(-1)面内环变形振动)、异亮氨酸(1342 cm^(-1)C—H、N—H变形振动、486 cm^(-1)COOH摇摆振动、353 cm^(-1)骨架振动)、L-天冬氨酸(1136 cm^(-1)C—N伸缩振动)、甘氨酸(1386 cm^(-1)COO-变形振动、889 cm^(-1)C—C伸缩振动)、蛋氨酸(681 cm^(-1)C—S反对称伸缩振动)、吡喃糖化幌物(973 cm^(-1)对称环振动)。采用光谱软件OMNIC Specta的建库功能随机挑选10个样品的一条谱线进库,建库后可快速进行光谱匹配度的检索,通过匹配度的高低鉴定待测样品。在10个样品中,除2、10号样品的匹配度小于60%外,其余样品的匹配度都大于60%。样品7、8的匹配度接近且有交叉,说明样品7、8是同一品种,而样品6、9的匹配度接近而交叉项少,说明这两个样品是同一品种或相近品种。DNA检测结果表明样品7、8、10同为白牛肝菌,而样品6、9同为薄瓤假美柄牛肝菌。该实验为牛肝菌的主要成分检测和快速鉴定提供了一种简单可靠的方法。同时,该方法对野生蘑菇的物种鉴定具有很大的应用潜力,在野生菌中毒病例中,迅速确定毒蘑菇种类,从而为抢救病人赢得时间具有重要的意义。为此首次对野生蘑菇子实体进行SERS研究。

薄层色谱与表面增强拉曼光谱法鉴别一次性纸杯中荧光增白剂

建立一次性食品包装用纸杯中非法添加荧光增白剂的薄层色谱-表面增强拉曼光谱(TLC-SERS)鉴别法。采用微波法与传统法分别制备了银、金、金包银和银包金4种金属溶胶,并通过紫外光谱法、电镜扫描法、电势与粒径测定法等手段进行表征,检测各种金属溶胶对吡啶的拉曼光谱增强效应以判定金属溶胶质量,并以4种双三嗪氨基二苯乙烯类荧光增白剂(DSD-FWAs)中的二磺酸型荧光增白剂71(C.I.71)、荧光增白剂85(C.I.85)、荧光增白剂90(C.I.90)、荧光增白剂113(C.I.113)为目标检测成分,建立一次性纸杯中4种荧光增白剂的TLC-SERS鉴别方法。结果显示微波法制备的银溶胶作为本项研究食品包材中增白剂鉴别方法的表面增强剂效果更佳,对市售100批样品进行TLC-SERS鉴别,6批样品中检出C.I.113,建立的方法可为食品包装材料中荧光增白剂的检测提供新的备选方法。

基于表面增强拉曼光谱的肾结石患者体液代谢谱特点及应用价值

目的分析基于表面增强拉曼光谱(SERS)的肾结石患者体液代谢谱特点,探讨其应用价值,为肾结石患者的筛查工作提供参考。方法纳入福建省立医院泌尿外科确诊的25例肾结石患者(结石组)和25例健康体检者(对照组),采集其血液、尿液样本,利用SERS测量样本光谱,再进行平均谱和差异谱绘制。采用主成分分析结合线性判别分析(PCA-LDA)对归一化数据进行处理。最后采用受试者工作特征(ROC)曲线评估PCA-LDA方法的效能。结果结石组患者的体液(血液、尿液)拉曼光谱与对照组之间存在差异。根据既往报道的拉曼峰暂定分配,推测血浆和尿液中各有11种代谢物与肾结石有关,其中结石组尿液中的磷脂酰肌醇、苯丙氨酸、棕榈酸/脂肪酸等含量高于对照组,而尿嘧啶、糖原等成分的含量低于对照组。结石组患者血浆中的甲基带含量高于对照组,而糖原、磷脂酰肌醇、蛋白质-酪氨酸、苯丙氨酸、棕榈酸/脂肪酸、羟脯氨酸/酪氨酸和脂类的含量低于对照组。结论采用SERS检测可发现肾结石患者的尿液和血液代谢成分与健康体检者存在差异,结合PCA-LDA与ROC分析法可能有助于肾结石患者的筛查。

基于表面增强拉曼光谱(SERS)的青贮玉米原料农药残留快速检测方法研究

试验旨在建立1种基于表面增强拉曼光谱(SERS)技术检测青贮玉米原料中苯醚甲环唑、多菌灵、啶酰菌胺农药残留的方法。采用快速萃取净化的前处理方法实现了青贮玉米原料中3种农药的提取,以10 mg/kg氯化钠溶液作为SERS增强剂结合化学物质浓缩法获取了青贮玉米原料中不同农药残留的SERS信号,结合Savitzky-Golay卷积平滑法、二阶导数法、自适应迭代重加权惩罚最小二乘法(airPLS)以及SG-airPLS进行光谱数据的预处理,融合了线性判别式分析(LDA)-支持向量机(SVM)、卷积神经网络(CNN)两种算法建立了针对苯醚甲环唑、多菌灵、啶酰菌胺的识别模型,并对模型进行对比分析。结果表明,拉曼峰1 127、1 229、1 237 cm-1分别作为识别苯醚甲环唑、多菌灵和啶酰菌胺的拉曼特征峰,当青贮玉米原料中的3种农药残留含量分别为0.1 mg/kg时,仍清晰可见各农药相应的特征峰。采用SG-airPLS方法预处理后的LDA-SVM分类模型可以识别所有样本,准确度为86.67%。研究表明,SERS和SG-airPLS-LDA-SVM方法的融合可以准确、快速识别青贮玉米原料中的农药成分。

表面增强拉曼光谱在动物源性食品兽药残留检测的研究进展

动物性食品安全问题日益突出,愈演愈烈,有关问题食品的报道也受到了公众的广泛关注。一旦兽药在畜牧养殖过程中被过度使用或滥用,药物残留将给人类健康带来严重危害。常见的残留检测方法存在成本高、速度慢和效率低等缺点,通常需要专业人员操作,传统的理化方法已不能满足食品质量检测的需要,因此研发快速高效的兽药残留检测方法起着关键作用。近年来,表面增强拉曼光谱(SERS)技术在真伪鉴别、非法添加物检测和农兽药残留等诸多领域得到了广泛应用,并以其快速检测、无损等优势在食品检测领域有着更为广阔的发展前景。与其他检测方法不同的是,SERS通过信号放大和高灵敏度的指纹光谱,可以快速识别目标分析物,进行定性或半定量分析。本文主要介绍了拉曼光谱和SERS在动物源性食品中兽药残留检测中的研究和应用,重点介绍了SERS的优势、食品样品的前处理以及SERS结合其他技术检测多种兽药的相关研究,并提出了SERS在实际监测中面临的挑战。

微球透镜阵列并行制造表面增强拉曼衬底及其光谱增强研究

SERS作为一种高灵敏物质指纹谱分析技术,在生物传感、化学分析等领域具有广泛的应用。具有规整纳米结构的SERS衬底是保证拉曼光谱痕量检测可靠性和稳定性的前提,实现高精度、大尺度和高效率的微纳结构制造是SERS衬底目前亟需突破的技术瓶颈。本工作提出了介质微球透镜—金纳米孔(ML/AuNHs)阵列复合SERS衬底新结构与制造新方法。首先,利用介质微球透镜光子纳米射流,在沉积于微球底部的金膜上制备纳米孔结构,形成ML/AuNHs复合结构。系统研究了532 nm纳秒脉冲激光能量、微球透镜直径、金膜厚度等工艺参数对金纳米孔的成形规律,通过优化加工工艺,实现了微球透镜阵列底部直径215 nm金纳米孔的超分辨并行加工。之后,理论分析了微球透镜的SERS“热点”自对准聚焦、光学回音壁共振模式以及定向天线等光场调控过程,揭示了ML/AuNHs复合衬底的拉曼增强机制。最后,展示了ML/AuNHs复合衬底检出灵敏度10-10 M(硝基苯硫酚,4-NBT)的SERS检测能力,较单独使用金属纳米孔降低2个数量级。本工作提供了一种简易高效且具有高灵敏度的SERS衬底结构及其制备方法,拓宽了SERS的实际应用潜力。

SERS光谱技术在结直肠癌诊断中的应用效果

选取扬州大学附属江都人民医院收集的50例结直肠癌组血清和50例健康组血清。以金纳米星(AuNS)为基底,利用Renishaw inVia Reflex激光共焦Raman光谱仪,对血清样本的表面增强Raman散射(SERS)光谱进行测定。借助Origin 2021对Min-Max归一化后平均光谱的特征峰分析,并用主成分分析(PCA)-K最邻近(KNN)模型对关键特征提取、分类。结果表明AuNS基底具有良好的均匀性、灵敏度和洁净性。结直肠癌患者在572、633、873、1065、1314、1417和1655 cm^(-1)特征峰处强度明显高于健康组,在1000和1536 cm^(-1)特征峰处强度低于健康组。PCA-KNN模型的准确率达到95%,灵敏度、特异性和曲线下的面积(AUC)分别达到90.0%、96.7%和0.933。结合PCA-KNN模型和SERS光谱技术可实现对结直肠癌快速、准确的识别,为诊断结肠癌提供了一种探索性的新方法。

表面增强拉曼光谱法同时检测果汁中的啶虫脒和福美双

目的:基于优化的金银合金纳米颗粒基底的表面增强拉曼光谱(surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS)同时检测果汁中啶虫脒和福美双。方法:对不同质量浓度的啶虫脒和福美双标准溶液及其混合物采集拉曼光谱并进行峰位归属分析,选择苹果汁作为代表果汁样本,对不同质量浓度梯度的混合农药残留进行检测分析,利用两种农药的拉曼特征峰强度与农药残留质量浓度分别建立校正曲线。最后通过回收率实验评估此方法的准确性和精密度。结果:631 cm^(-1)处的拉曼特征峰作为啶虫脒的识别峰,1380 cm^(-1)处的拉曼峰作为福美双的识别峰,同时检测苹果汁中混合农药残留,得到啶虫脒和福美双的检测限分别为0.42231 mg/L和0.03556 mg/L,均低于国家规定的苹果中啶虫脒(0.8 mg/L)和福美双(5 mg/L)的农药残留限量。回收率实验显示苹果汁中福美双和啶虫脒的平均回收率分别为81.67%~101.25%和98.70%~119.36%,相对标准偏差范围分别为2.72%~7.68%和5.44%~15.15%。结论:利用SERS技术的峰尖锐、峰宽窄的特点,结合金银合金纳米颗粒基底可实现果汁中啶虫脒和福美双的同时定量检测。此方法可以进一步应用于其他多种污染物的现场同时快速检测。

表面增强拉曼光谱快速测定尿液中的葡萄糖

通过多元醇还原法制备了大长径比的银(Ag)纳米线微纳结构,并将其作为表面增强拉曼散射(SERS)的基底,以罗丹明6G(R6G)为探针分子研究了Ag纳米线的SERS效应,实验结果表明,Ag纳米线SERS基底对R6G的最低检测浓度为10^(-10)mol/L,增强因子约为1.0×10^(4);以610和772 cm^(-1)散射峰强度计算得出的相对标准偏差(RSD)分别为14.66%和13.75%,表明R6G在Ag纳米线基底上的SERS信号强度分布较均一,具有较好的信号重现性.另外,将Ag纳米线作为SERS基底用于检测尿液中低含量的D-(+)-葡萄糖,发现Ag纳米线对D-(+)-葡萄糖的浓度检出限低至10^(-6)mg/mL,RSD值低于8%,说明Ag纳米线对于D-(+)-葡萄糖的痕量检测具有良好的灵敏度和信号重现性.该研究可为糖尿病的血糖监测和早期预防提供一定的技术支持.

纤维素复合材料在表面增强拉曼光谱中的应用研究进展

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种重要的光谱分析方法,具有灵敏度高、操作简单、检测速度快、选择性好等优点,其性能高度依赖活性等离子体基底的性质。纤维素是地球上最丰富的生物聚合物,具有廉价易得、可再生及绿色环保等性质。因此,越来越多的纤维素材料被用于制备SERS的基底。从电磁场增强和化学增强两方面阐述了SERS增强机理,并介绍了纤维素材料的种类以及制备SERS基底的方法;综述了纤维素SERS基底在生物分析、水质评估、食品安全、环境污染及染料识别等方面的应用,并展望了未来的研究方向。

基于Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱法快速检测血清中他克莫司的药物浓度

目的 采用Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱技术建立一种快速测定血清中他克莫司浓度的方法。方法 采用Klarite^(TM)芯片表面增强拉曼光谱技测定他克莫司胶囊粉末的拉曼光谱和特征峰,并对各峰进行振动模式归属分析。通过滴涂沉积拉曼光谱(Drop coating deposition Raman, DCDR)技术测定芯片表面他克莫司水溶液及PBS缓冲液溶液中他克莫司的检出限,明确第五代Klarite^(TM)芯片对测定他克莫司浓度的效能。结果 拉曼光谱显示他克莫司在354~396、474、851~917和1 088 cm^(-1)处产生尖峰,在1 265~1 475 cm^(-1)处出现明显的宽峰。他克莫司在蒸馏水和PBS溶液中的检测限分别为0.14μg/mL和2.5μg/mL,定量限分别为0.47μg/mL和8.3μg/mL。他克莫司在蒸馏水中定量检测的回归方程为:Y=52.86X+596.5,他克莫司的浓度在0.1~50.0μg/mL范围内线性关系良好,相关系数为0.890 5;他克莫司在PBS溶液定量检测的回归方程为Y=19.54X+537.8,他克莫司的浓度在5.0~50.0μg/mL范围内线性关系良好,相关系数为0.217 6。在按比例稀释(1∶4, v/v)的人血清溶液中,可检测到他克莫司的拉曼光谱特征峰主要分布在352、488、855、1 135、1 213和1 456 cm^(-1)处,峰值强度均明显减弱,且发生不同程度的频率偏移。结论 本检测方法灵敏度高,操作简单、快速便捷,适用于他克莫司血药浓度的临床监测。

利用SERS表面增强拉曼光谱技术对维生素M在银胶颗粒表面吸附行为的研究

利用傅里叶变换表面增强拉曼光谱(FT-SERS)研究了维生素M(Vm)在银溶胶体系中吸附状态和相互作用的特性,并结合pH值变化探讨了Vm吸附作用特点.实验结果表明,Vm是通过羧基中的一个氧原子和氨基氮原子与银原子配位实现的,以羧基在银表面的化学吸附模式为主.