基于金属溶胶表面增强拉曼光谱技术检测饲料及水产品中呋喃唑酮和孔雀石绿的研究
随着我国水产养殖业的规模不断扩大，渔药的使用成了防治水生生物疾病的必要手段，但是不少养殖者因利益驱使，在饲料或水体中非法添加硝基呋喃类、孔雀石绿等一些廉价高效、但是毒副作用大的禁用药品，直接导致了我国水产养殖环境及水产品中人工化合物和药物的高残留，严重影响我国水产品的质量安全，对人体健康和生态环境构成一定的威胁。 这些违禁药物的传统检测方法主要是高效液相色谱或液质联用法，虽然其灵敏度高、准确性好，但耗时耗力、成本昂贵、对样品的净化要求苛刻，难以实现大批量饲料及水产品中违禁药物的快速定性筛选，因此研究一种快速、灵敏的检测方法十分必要。拉曼光谱是一种表征分子振动能级的指纹光谱，而表面粗糙的金属活性基底对于目标分子拉曼散射信号的增强起到关键作用。纳米尺度金属粒子的大小形貌、分散性、表面带电性等均会改变目标分析物在其表面的吸附状态，从而影响表面增强拉曼散射（SERS）强度。本文制备多种金属溶胶用作SERS活性基底，成功应用于饲料和水产品中呋喃唑酮和孔雀石绿的痕量检测。 首先，基于两种金纳米商业底板（KlariteTM和Q-SERS）和自制金溶胶（粒径约100 nm）的SERS技术检测无基质干扰的呋喃唑酮标准溶液。对比的结果表明分析物对不同表面结构的基底具有选择性，KlariteTM和金溶胶对呋喃唑酮的检测具有相同的增强效果，最低检测浓度均为0.1 mg L-1，且两者定量分析能力相当；当金溶胶的pH≈3，与呋喃唑酮的混合比例为5:1，混合时间为2 s时，表现出最优的SERS增强效应。此外，不同光谱采集条件如激光光源、功率等对SERS灵敏度亦有较大影响。 其次，将KlariteTM固体底板和制备的Au溶胶进一步用于饲料中呋喃唑酮的检测，由于基质对目标分析物在纳米粒子（NPs）表面的吸附产生干扰，样品前处理和活性基底的制备方式对于SERS分析十分重要。饲料中呋喃唑酮的二氯甲烷提取液先后流过填有无水硫酸钠和中性氧化铝的柱子，起到很好的去水和去脂肪效果；金溶胶与呋喃唑酮的混合比例为5:2，混合时间为5 min时，SERS增强效果最佳。利用KlariteTM底板和Au溶胶分析呋喃唑酮提取液的最低检测浓度分别为0.5和1 mg Kg-1。 再次，采用一种简单有效的方法合成 Fe3O4/Ag复合纳米粒子，首先根据共沉淀法合成Fe3O4 NPs，再通过还原反应将Ag粒子沉积在Fe3O4 NPs表面。使用透射电镜、磁性测量系统对其形貌和磁力大小进行表征，通过调节AgNO3与Fe3O4 NPs的摩尔比例控制复合纳米粒子的大小，并用呋喃唑酮标准溶液作为探针分子筛选出增强效果最好的SERS基底，此时复合纳米粒子的粒径为73±9 nm。利用磁铁使具有超顺磁性的复合纳米粒子按磁场方向自我排列，这种有序排列使复合纳米粒子成为具有高密度、均一“热点”的SERS基底，不仅实现了基底的重现性，而且显著增强了SERS信号。相比Ag溶胶的不稳定和重复性差，Fe3O4/Ag复合纳米溶胶具有粒子大小可控、表面无有机溶剂，重复性好，“热点”效应等优点。另外实验结果显示呋喃唑酮标准溶液和提取液的最低检测浓度分别为40 ng g-1和500 ng g-1，与单一金属NPs相比，大大提高SERS检测的灵敏度，为鱼饲料中抗生素的SERS分析检测提供了应用研究依据。 最后，制备粒径大小约为55 nm的金溶胶，调节其酸碱度至中性，并将其离心浓缩，作为SERS基底，对于七种不同鱼肉中孔雀石绿及其代谢物的检测有很好的增强效果。通过简化样品前处理方法，与传统检测方法相比，时间从3～4小时缩减到60 min以内。SERS分析的灵敏度在2～10 ng g-1范围内，其中罗非鱼和花鲢中孔雀石绿及其代谢物的检测灵敏度最高。因此基于Au溶胶的SERS检测方法对于大批量鱼肉中筛选孔雀石绿及其代谢物超标的样品，保障水产品贸易安全具有重要意义。 总而言之，本研究建立了一系列基于金属溶胶增强体系的SERS检测方法，应用于饲料及水产品中呋喃唑酮及孔雀石绿的检测。设计合成的磁性复合纳米溶胶以及优化的前处理方法填补了实际样品中硝基呋喃类渔药检测的空白；制备常用的金溶胶并对其进行优化，设计简单快速且具备通用性的提取净化方法，使得七种鱼肉中孔雀石绿及其代谢物的定性筛选成为可能。上述研究证实了金属溶胶的表面形态和样品前处理方法共同决定了分析物在活性基底表面的吸附状态，从而影响SERS增强效应。因此在今后的研究中更多致力于不同金属溶胶的设计与制备，并针对不同分析物开发适合SERS分析的前处理方法。
饲料;水产品;呋喃唑酮;孔雀石绿;金属溶胶;表面增强拉曼光谱
上海海洋大学
硕士
食品科学与工程
黄轶群
2015
中文
S816.17;TS254.7
68
2016-06-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）