1.进展情况:按照实验计划如期进展。
1.1 2021年5月至7月,开展文献调研学习,制定并不断完善实验方案,进行初步实验
1.1.1查找相关文献资料,明确SERS检测方法的特点:对分析物可萃取、富集、检测一体化,不需要经过复杂且耗时的样品前处理;检测快速、灵敏度高、原位无损、样品制备简单和可提供化合物指纹信息;不受水的干扰,可在水溶液中直接检测。
1.1.2确定选择制备SERS基底的最优材料和方法:选用WS2QD与贵金属基底银纳米颗粒进行复合, WS2QD 有更大的比表面积和更多活性位点,更易于与贵金属复合,而且Ag@WS2QD 复合材料因其独特的表面和电荷特性,具有比溶胶银纳米材料更强的 SERS 增强性能因此,WS2QD 与贵金属复合有望展现更好的 SERS 性能。
1.1.3确定实验总体内容:
1.1.3.1研究SPE-SERS方法联用技术对水样中农残的快速衡量分析检测。
1.1.3.2研究环境因素对水样中的农残基于Ag@WS2QD基底SERS检测的影响。
1.1.3.3研究基于Ag@WS2QD基底SERS检测水样中农残的抗干扰性和特异性。
1.1.3.4基于SPE-SERS技术,实现大体积样品的快速检测。
1.1.3.5比较过滤萃取方法和擦拭萃取方法的优劣,选择最合适的方法,建立一种对农残快速可靠的痕量检测方法。
1.2 2021年7月至2021年10月,制备基底并进行对照实验,优化实验条件。
1.2.1制备SERS基底:
用 WS2 粉末通过超声剥离和水热途径合成WS2QD。AgNPs 通过化学还原法制备,以 AgNO3 作为前体,柠檬酸钠作为还原剂和保护剂制备得到。Ag@WS2QD 纳米复合材料通过在室温下将 AgNPs 与WS2QD以一定比例混合静置孵育一段时间制备。
1.2.2确定特征峰
选择 10-5 M 的 4-MBA 作为探针分子表征 Ag@WS2QD 的 SERS 性能。在激光强度 300 mW、积分时间 1s 的测试条件下,通过拉曼光谱仪器分别采集了 AgNPs、WS2QD 和 Ag@WS2QD 等材料作为 SERS 基底时 4-MBA 的拉曼信号。4-MBA 的主要拉曼特征峰为 1067 cm-1 和1576 cm-1 ,是由芳香环振动引起的两个明显拉曼峰。
1.2.3不同物质做基底时4-MBA的拉曼信号比较
以4-MBA作为探针分子,配制浓度为10-5 M溶液,用于考察不同基底的SERS增强性能。通过拉曼光谱仪器分别采集了AgNPs 、WS2QD和Ag@WS2QD作为SERS基底时4-MBA的信号,发现Ag@WS2QD作为基底时,探针分子的SERS响应信号最强,从而证明,WS2QD与纳米银溶胶复合形成的Ag@WS2QD作为SERS基底时,4-MBA 的拉曼散射信号明显增强。
1.3 2021年10月至2022年4月,进一步优化实验条件。
1.3.1 不同WS2QD掺混量
通过调节 WS2QD 材料的掺杂量,分别制备得到了 WS2QD 体积比为 0.0333%-3.33%的 5 种 Ag@WS2QD 复合材料。以上述 5 种 Ag@WS2QD 复合材料作为 SERS 基底,在相同的分析测试条件下,采集了探针分子 4-MBA 的拉曼散射信号。当复合材料中 WS2QD 的质量分数为 0.167%时,Ag@WS2QD 具有最强的拉曼增强性能,4-MBA 的产生的拉曼散射信号最强。当复合材料中 WS2QD 的比例更大时,4-MBA 的产生的拉曼散射信号反而下降。可以观察到此时混合基底溶液颜色过深,且可能出现黑色团聚物。分析原因认为是 WS2QD 比例过高时将引起银纳米颗粒的过度团聚,复合材料的 SERS 增强性能下降。所以在后续实验中均以WS2QD 体积分数为 0.167%的 Ag@WS2QD 复合材料作为 SERS 基底。
1.3.2不同混合时间
通过调整银纳米颗粒和二硫化钨量子点混合时间,制备得到了混合时间从10min-40min的六种复合材料,以上述 5 种 Ag@WS2QD 复合材料作为 SERS 基底,在相同的分析测试条件下,采集了探针分子 4-MBA 的拉曼散射信号(图 2-6)。当复合材料的混合时间在10-20 min时,Ag@WS2QD 对4-MBA有较强的拉曼增强效果。当复合材料混合时间增长至30 min后,混合材料溶液颜色明显变澄清,且有黑色大颗粒团聚物出现,测量出的4-MBA 的SERS信号明显下降。分析原因可能是混合时间过长引起银纳米颗粒的过度团聚,复合材料的 SERS 增强性能下降。在本文的后续实验中,将均银纳米颗粒与二硫化钨量子点混合时间在15min制得的的 Ag@WS2QD 复合材料作为 SERS 基底。
1.3.3 向复合材料中加入不同电解质,选择具有最强拉曼增强效果的电解质
Ag@WS2QD 分散在溶液中形成多相分散体系,电解质对 Ag@WS2QD 有聚沉作用。从而选择比较了四种电解质(NaCl、KI、Mg(CH3COO2)和Sn(CH3COO2))对Ag@WS2QD复合材料的聚沉作用。发现NaCl对Ag@WS2QD的拉曼性能有明显增强的效果,Ag@WS2QD 在适当聚沉作用下,颗粒之间的距离减小产生大量 SERS“热点”, 其 SERS 增强性能得到进一步增强,同时发现溶液中加入过量的 NaCl 会导致完全 Ag@WS2QD 聚沉,反而降低了其 SERS 活性。
1.3.4添加电解质的最佳浓度确定
进一步实验在 Ag@WS2QD 分散体系中添加不同浓度(0-100 mM)的NaCl,并对探针分子 4-MBA 进行 SERS 分析。发现向复合材料中添加 5 mM 的 NaCl 时, 4-MBA的拉曼散射信号效果最好,确定此浓度为向复合材料中加入电解质NaCl的最佳浓度。
2. 已取得成绩:
2.1已成功制备稳定的SERS基底,并对基底进行初步表征。
2.2以4-MBA作为探针分子,最佳基底:Ag@WS2QD纳米复合材料;两种基底最佳混合体积比:V /V=0.167%;两种基底的最佳复合时间:10-20 min;确定向基底中添加的电解质及其浓度:5 mM NaCl
3.是否达到预期效果:已达到预期效果
4.存在问题:无
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