基于表面增强拉曼散射技术定性和定量检测烟碱浓度的方法及应用

本发明属于分析传感，具体涉及基于表面增强拉曼散射技术定性和定量检测烟碱浓度的方法及应用。

背景技术：

1、烟碱，又名尼古丁，是一种存在于茄科植物(茄属)中的生物碱，也是烟草和卷烟烟气中的重要成分。烟碱可促进神经递质(如多巴胺等)的释放，使人产生愉悦感，调节人的情绪等。同时，烟碱会使人上瘾或产生依赖性，过量接触烟碱会使人产生多种疾病，包括肺部损伤、恶心呕吐、头痛、记忆力衰退、大小便失禁等，严重时甚至会致人死亡。

2、迄今为止，人们已经报道了分光光度法、荧光法、电化学、电化学发光、液相色谱法和毛细管电泳法等多种方法对烟碱进行定性和定量分析。然而，这些方法在烟碱的检测中存在复杂的样品制备过程、成本高、选择性差和检测灵敏度低的缺点，这严重阻碍了在实际烟草和卷烟烟气中烟碱检测的大规模应用。

3、表面增强拉曼散射(sers)具有快速、无损、安全、灵敏度高、样品前处理简单和“指纹”特异性等优点，在食品安全、环境保护、医学检测等领域发挥着积极的作用。sers一般是指将待测分子吸附在粗糙的纳米金属材料表面上(如au、ag或cu等)，可使待测物的拉曼信号增强106-1015倍，具有很高的灵敏度。要想获得较高的拉曼增强信号，sers活性基底的选择是非常重要的。一般来说，纯的纳米银的化学稳定性较弱，容易氧化，纯纳米金的sers增强效果又相对较差，在一些领域中应用受到限制。同时，由于sers活性基底上等离子体热点分布不均、增强效果不同、测量再现性差，导致sers的定量分析存在很大问题。

4、因此，提出一种基于表面增强拉曼散射技术的高灵敏的烟碱的定性和定量检测方法至关重要，对于日常烟草和卷烟烟气中烟碱含量的检测具有重大意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种作为sers活性基底的能用于烟碱的灵敏、快速检测的au@patp@ag nrs纳米材料。

2、本发明还要解决的技术问题是提供了原理简单、快速、前处理简单的au@patp@agnrs纳米材料的制备方法及其应用。

3、本发明还要解决的技术问题是提供了灵敏度高、检测方法简单、快速、前处理简单、选择性高的基于表面增强拉曼散射技术定性和/或定量检测烟碱浓度的方法。

4、技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种au@patp@ag nrs纳米材料，所述au@patp@ag nrs纳米材料包括au@ag nrs核壳结构及其内部的对氨基苯硫酚组成。

5、其中，所述au@patp@ag nrs纳米材料为核-分子-壳纳米棒结构，所述au@patp@agnrs纳米材料的平均长度为34.22±3.57nm，宽度为12.92±1.42nm，所述核-分子-壳纳米棒结构具有很高的表面等离子体共振，大大提高了烟碱的检测灵敏度。

6、其中，所述对氨基苯硫酚的浓度为0.01-0.03mm，在该核壳结构内部引入patp作为内标分子(is)，使烟碱的定量检测更加准确。

7、本发明还包括所述的一种au@patp@ag nrs纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

8、1)将ctab、haucl4、agno3、对苯二酚和nabh4溶液混合，恒温水浴反应，反应产物离心洗涤得到au nrs；

9、2)在部分制备得到的au nrs溶液中加入内标溶液，摇床上恒温振摇孵育，反应产物离心洗涤得到au@patp nrs；

10、3)在ctac溶液中分别加入agcl、au@patp nrs和抗坏血酸溶液，恒温水浴反应，反应产物离心洗涤得到au@patp@ag nrs纳米粒子。

11、其中，步骤1)中，所述反应液中ctab、haucl4、agno3、对苯二酚、nabh4溶液的终浓度分别为0.1m、0.4mm、0.08-0.10mm、5-6mm、0.01-0.03mm，所述水浴温度为30-35℃，所述反应时间为11-13h。

12、其中，步骤2)中的内标溶液为对氨基苯硫酚溶液，其浓度为0.01-0.03mm，所述ctac溶液浓度为70-90mm，所述反应摇床孵育时间为60-90min，所述孵育温度为25-40℃。

13、其中，步骤3)中，所述反应液中ctac、agcl、抗坏血酸溶液的终浓度分别为50-70mm、0-0.375mm、40-100mm，所述au@patp nrs使用体积为1 ml，所述水浴温度为30-35℃，所述反应时间为3-4h。

14、本发明还包括所述的一种au@patp@ag nrs纳米材料在定性和/或定量检测烟碱中的应用，作为优选，所述应用包括检测卷烟或环境卷烟烟气中烟碱的含量。

15、本发明还包括一种基于表面增强拉曼散射技术定性检测烟碱的方法，包括以下步骤：将所述的au@patp@ag nrs纳米材料与不同浓度的烟碱溶液等体积混合，孵育后取部分样品滴于硅片上，室温干燥后用于sers检测，根据拉曼谱图中的出峰位置对烟碱进行定性分析。

16、本发明还包括一种基于表面增强拉曼散射技术定量检测烟碱浓度的方法，包括以下步骤：

17、a1)将所述的au@patp@ag nrs溶液与不同浓度的烟碱溶液等体积混合，孵育后取部分样品滴于硅片上，室温干燥后用于sers检测；

18、a2)用拉曼光谱仪对干燥后吸附在sers活性基底表面上的样品进行定性和定量分析，根据测得的烟碱和内标物质特征峰sers信号强度的比值与烟碱浓度的关系建立相应标准曲线；

19、a3)将待测样品代替步骤a1)中不同浓度的烟碱标准溶液，重复后续步骤，根据拉曼谱图中的出峰位置对烟碱进行定性分析；根据得到的待测物和内标物质特征峰的拉曼信号强度比值，在步骤a2)的标准曲线上分别查得待测样品中的烟碱的浓度，从而对烟碱进行定量分析。

20、本发明还包括基于所述的表面增强拉曼散射技术定性检测烟碱的方法或基于所述的表面增强拉曼散射技术定量检测烟碱浓度的方法，所述孵育时间为10-30min，所述硅片滴样的体积为10-20μl；作为优选，所述烟碱浓度为10-8-10-3m，所述烟碱的检测限为3.12×10-9m；作为优选，所述方法还包括检测卷烟和/或环境卷烟烟气中烟碱的含量；作为优选，检测卷烟和/或环境卷烟烟气中烟碱的方法具备包括：

21、b1)卷烟中烟碱含量的检测：将不同浓度的烟碱标准溶液滴入卷烟中，干燥后点燃卷烟，用抽气泵以恒定的流速将烟气抽入超纯水中，将稀释后的样品用于sers检测；再根据该方法的提取效率(er)计算公式：mbefore和mafter分别为计算得到的卷烟中添加烟碱标准溶液之前和添加烟碱标准溶液之后的烟碱含量，mspiked为添加的烟碱的含量，利用标准加入法计算该装置对卷烟中烟碱的提取效率；最后，根据相应的线性拟合方程式和平均提取效率，即可得到卷烟中烟碱的含量；

22、b2)环境卷烟烟气中烟碱含量的检测：在密闭装置中收集卷烟燃烧后的烟气；之后，将收集的烟气以恒定的速度吸收到超纯水中，将稀释后的样品用于sers检测；再根据相应的线性拟合方程式和抽气泵的流速，即可计算出该封闭空间卷烟烟气中的烟碱含量；最后，在密闭装置中分别收集不同根数卷烟燃烧后的烟气，重复后续步骤，即可得到卷烟数量与烟碱含量之间的线性关系；

23、作为优选，步骤b1)中，所述烟碱标准溶液的浓度分别为0m，10-3m，5×10-3m，10-2m，所述体积为1ml；作为优选，步骤b2)中，所述抽气泵的流量为1.1l/min，抽气时间为2min。

24、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

25、1、本发明在核壳结构内部引入对氨基苯硫酚(patp)作为is，使烟碱的定量检测更加准确。与其它的用sers方法检测烟碱的文献相比，本发明第一次在sers基底中引入is定量检测烟碱，提高了定量检测的准确性。

26、2、本发明将制备的au@patp@ag nrs纳米材料作为sers的活性基底，用拉曼光谱仪对吸附在sers活性基底表面上的样品进行分析检测。其中au@ag nrs核壳结构可以将银纳米粒子的高sers效应与金纳米粒子的均匀稳定性优势合二为一，还可以在较大范围内人为调节该结构的spr性质，以获得最大化的sers效应，大大提高了烟碱的检测灵敏度。与传统检测烟碱的方法(如比色法、电化学、液相色谱法等)相比，本发明具有更高的灵敏度，所述烟碱的检测限最低可达到3.12×10-9m。

27、3、同时，利用相关装置，可以将本方法应用于卷烟和环境卷烟烟气中烟碱的检测。此外，本发明还具有原理简单、快速、前处理简单、选择性高等优点。