一种有机磷的拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法

技术领域：

本发明涉及拉曼快速检测领域，具体涉及一种有机磷的拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法。

背景技术：

有机磷毒物包括有机磷农药和神经性毒剂(NAs)，均属于有机磷化合物。其中神经性毒剂是毒性最强的化学战剂，曾多次被用到战争或恐怖袭击中。有机磷毒剂包括沙林(GB)、梭曼(GD)、塔崩(GA)、维埃克斯(VX)、马拉硫磷、辛硫磷、甲基对硫磷、对氧磷等，其中化学战剂沙林(甲氟膦酸异丙酯，GB)是一种常用的军事神经毒剂，可通过抑制乙酰胆碱酯酶来破坏神经系统的功能，且在人体内的降解速度很慢，具有累积毒性。因此近年来防化等部门迫切需求一种高灵敏度、轻便、快速的检测技术检测GB。随着化学战剂研究的发展与当前国际反恐斗争的深入，采用新的技术方法快速检测化学战剂已成为各国科学工作者共同关注的课题。甲基磷酸二甲酯(DMMP)是目前国际上使用效果最好的添加型有机磷阻燃剂之一，可与水和各种有机溶剂混溶，具有降低粘性和表面附着力的作用。DMMP分子与GB分子结构相似，常用做沙林模拟剂进行研究。目前进行DMMP测试的方法有很多，包括分光光谱法、气相色谱法、振动光谱分析法、石英晶体微天平(QCM)传感器、表面声波(SAW)传感器等。但是上述方法普遍存在耗时较长，准确度低，检测灵敏度低等问题。因此开发出一种灵敏度高、简便、快速的光谱技术检测DMMP成为化学武器检测领域的一项重要任务。

表面增强拉曼光谱技术(SERS)因具有较好的稳定性以及可以达到单分子检测的灵敏度受到人们的关注，自该技术发现以来迅速广泛地应用在食品，医药，生物，化学等多个领域之中。

综上所述，开发一种有机磷毒剂，尤其是战剂沙林的拉曼检测试剂盒和拉曼快速检测方法对公共安全和环境安全具有现实意义和巨大价值。

发明内容：

本发明第一方面在于提供一种有机磷的拉曼检测试剂盒。有机磷的拉曼检测试剂盒包括SERS增强芯片和增强助剂；所述SERS增强芯片包括基底和核壳结构纳米粒子，所述核壳结构纳米粒子附着于所述基底上，所述增强助剂为KI。

进一步的，所述核壳结构纳米粒子的内核为金，外壳为银。

进一步的，所述内核粒径为30-100nm，外壳厚度为10-100nm。

进一步的，所述内核的微观形貌为球形，正方体形，多面体形，星形，不规则颗粒。

进一步的，所述核壳结构纳米粒子的微观形貌为球形，正方体形，多面体形，星形，不规则颗粒。

进一步的，所述基底为硅基金膜，纸基金膜，聚合物基底金膜。

本发明第二方面提供一种有机磷的拉曼检测方法，包括以下步骤：

S1:Au溶胶的制备，取氯金酸溶液加入50mL水中，加热煮沸，再加入柠檬酸钠溶液，继续加热30min，冷却至室温，即得Au溶胶，其中氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为(4-6)：3；

S2：核壳结构纳米粒子溶胶的制备，将步骤S1得到的Au溶胶分散，加入质量分数为1％-5％的柠檬酸钠和抗坏血酸各0.5-3mL，混合均匀后再逐滴加入浓度为10-50mmol/L的硝酸银4-20mL，离心，清洗，浓缩得到核壳结构纳米粒子溶胶；

S3：SERS增强芯片的制备，将基底清洗干净后，将步骤S2得到的核壳结构纳米粒子溶胶涂覆在所述基底上，干燥既得SERS增强芯片；

S4：将增强助剂与待测样品混合得待测溶液，将得待测溶液涂覆与步骤S3得到的SERS增强芯片上，采用便携式拉曼光谱仪对待测溶液进行检测。

进一步的，所述步骤S4中的增强助剂为KI。

进一步的，所述增强助剂的浓度为0.1-1mol/L。

进一步的，步骤S4中增强助剂与待测样品的混合时间小于等于3分钟。

进一步的，步骤S4中增强助剂与待测样品的混合时间小于等于1分钟。

本发明第三方面提供一种一种检测系统，包括上述有机磷的拉曼检测试剂盒和拉曼光谱仪。

在本发明中，核壳结构纳米粒子溶胶的紫外可见光吸收波长在750±50nm左右。

在本发明中，溶胶是指纳米粒子在溶液中形成的均相分散体系。

在本发明中，所使用的战剂沙林模拟剂为磷酸类模拟剂，如甲基磷酸二甲酯(DMMP)。

有益效果：

有机磷酸酯类化学毒剂表面不带电荷，在金属纳米粒子表面的吸附很弱。为了增强P＝O键的吸附作用，我们采用了核壳结构纳米粒子作为增强基质涂覆于基底表面，制备得到SERS增强芯片，并且在待测样品中加入一定量的增强助剂，提高有机磷毒剂的检测灵敏度。

(1)本发明提供的有机磷拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法能够快速有效的检测到有机磷毒剂。

(2)本发明提供的有试剂盒原料易得，组分简单，成本较低以及制备简单；有机磷拉曼检测方法步骤简单，操作便捷。

(3)本发明的有机磷拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法在面对较大的测试环境温度波动时，能获得较为稳定和较强的信号。

(4)本发明提供的有机磷拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法可以检测至有机磷的浓度低至10μg/L,突破了便携拉曼光谱仪灵敏度低的局限，解决了痕量神经性毒剂现场快速检测难题。

附图说明：

图1为SERS增强芯片的扫描电镜图。

图2为实施例1核壳结构纳米粒子溶胶的紫外-可见光吸收光谱。

图3为实施例1中含有不同增强助剂的待测溶液的拉曼检测光谱。

图4为实施例2中不同浓度的DMMP的待测溶液的拉曼检测光谱。

图5为实施例3中不同温度条件下待测溶液的拉曼检测光谱。

图6为对比例1中不同测试方法对100mg/LDMMP的SERS检测光谱图。

图7为对比例2中待测底物的拉曼检测光谱。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本实施例在室温条件下进行有机磷的拉曼检测试剂盒制备和待测物的拉曼检测。

制备待测样品：配制浓度为1000mg/LDMMP溶液为待测样品。

Au溶胶的制备，取氯金酸溶液加入50mL水中，加热煮沸，再加入柠檬酸钠溶液，继续加热30min，冷却至室温，其中氯金酸和柠檬酸钠的摩尔比为(4-6)：3，即得粒径为30-100nm的Au溶胶。

核壳结构纳米粒子溶胶的制备，将得到的Au溶胶在50mL超纯水中分散，加入约3mL质量分数为1％柠檬酸钠和质量分数为1％抗坏血酸，混合均匀后再逐滴加入10mL浓度为20mmol/L硝酸银溶液，搅拌一定时间，离心，清洗，浓缩得到核壳结构纳米粒子溶胶，其中核壳结构纳米粒子的内核为金，外壳为银，外壳厚度为40nm-80nm。

SERS增强芯片的制备，将硅基金膜清洗干净后，将得到的核壳结构纳米粒子溶胶涂覆在所述硅基金膜上，自然干燥得SERS增强芯片；将制备好的SERS增强芯片进行扫描电镜表征，得到如图1所示的扫描电镜图，由图可知，硅基金膜上核壳结构纳米粒子大小、形貌较为均一。并且对该核壳结构纳米粒子溶胶进行紫外-可见光光谱检测，得到如图2所示，由图可知，该核壳结构纳米粒子的在750nm左右处有吸收。所以，为了获得最大的增强能力，优先选择785nm激光作为激发光源。SERS增强芯片的制备中，基底还可以是纸基金膜或聚合物基底金膜。

将1mol/L的不同增强助剂HCl，KI，MgSO

测试结果如图3所示。由图3可知，在不加入增强助剂仅仅滴加DMMP溶液在SERS增强芯片上，因为没有增强助剂的团聚效应，拉曼检测无法得到检测信号；同时，在图3中可以看出不同的增强助剂对DMMP的检测结果影响明显，以HCl和KI的作为增强助剂，SERS增强芯片表面的Ag的增强能力最强。但是在实际测试中，酯类样品在酸性条件下容易水解，因此KI最为有机磷的拉曼检测的增强助剂。

实施例2：

本实施例在室温条件下进行有机磷的拉曼检测试剂盒制备和待测物的拉曼检测。

制备待测样品：配制浓度为1000mg/L DMMP母液，分别稀释得到浓度为100mg/L，10mg/L，1mg/L，100μg/L，50μg/L和10μg/L的DMMP标准溶液为待测样品。

Au溶胶的制备，取质量分数为1％的氯金酸溶液加入50mL水中，加热煮沸，再加入2mL浓度为1％的柠檬酸钠溶液，继续加热30min，冷却至室温，即得粒径为30-100nm的Au溶胶。

核壳结构纳米粒子溶胶的制备，将得到的Au溶胶在50mL超纯水中分散，加入约3mL质量分数为1％柠檬酸钠和质量分数为1％抗坏血酸，混合均匀后再逐滴加入10mL浓度为20mmol/L硝酸银溶液，搅拌一定时间，离心，清洗，浓缩得到核壳结构纳米粒子溶胶。

SERS增强芯片的制备，将硅基金膜清洗干净后，将得到的核壳结构纳米粒子溶胶涂覆在所述硅基金膜上，自然干燥得SERS增强芯片；

将1mol/L的增强助剂KI与不同浓度的DMMP标准溶液混合得待测溶液，混合均匀即可，不需要老化或孵育等等其他方式，混合时间即可在几秒钟内完成，将得到的含有不同浓度的DMMP待测溶液涂覆在SERS增强芯片上，采用便携式拉曼光谱仪对待测溶液进行检测即可。得到检测结果如图4所示，DMMP在710cm

同时，图4中可以看出来，在基底空白样中，可以看出来在待测物的出峰位置没有拉曼峰出现不对检测产生干扰。证明本发明的有机磷的拉曼检测试剂盒和检测方法是切实有效的，且对痕量神经性毒剂的检测结果是可信的。

实施例3：

制备待测样品：配制浓度为1000mg/L DMMP母液，稀释得到浓度为100mg/L的DMMP标准溶液为待测样品。

本实施例3采用和本发明实施例2相同的工艺条件对100mg/L的DMMP待测样品进行检测，不同之处在于，本实施例3分别在10℃和50℃条件下进行。

图5为不同温度条件下待测溶液的拉曼检测光谱。结果表明，本发明的有机磷拉曼检测试剂盒和拉曼检测方法在面对较大的测试环境温度波动时，能获得较为稳定和较强的信号。

对比例1：

组别1(芯片法)：组别1采用和本发明实施例1相同的有机磷的拉曼检测试剂盒制备工艺，以及相同的拉曼检测方法，不同之处在于，配制浓度为100mg/L DMMP溶液为待测样品。

组别2(溶胶法)：

Au溶胶的制备，取质量分数为1％的氯金酸溶液加入50mL水中，加热煮沸，再加入2mL浓度为1％的柠檬酸钠溶液，继续加热30min，冷却至室温，即得粒径为30-100nm的Au溶胶。

核壳结构纳米粒子溶胶的制备，将得到的Au溶胶在50mL超纯水中分散，加入约3mL质量分数为1％柠檬酸钠和质量分数为1％抗坏血酸，混合均匀后再逐滴加入10mL浓度为20mmol/L硝酸银溶液，搅拌一定时间，离心，清洗，浓缩得到核壳结构纳米粒子溶胶。

将100mg/L DMMP待测溶液、1M的增强助剂KI和制备得到的核壳结构纳米粒子溶胶溶液三者混合，直接用便携式拉曼光谱仪直接进行测试。

对比例1得到的结果如图6所示，对于浓度为100mg/L的DMMP溶液用溶胶法已经测不出拉曼信号了，但是用芯片法仍然具有很强的拉曼信号。

对比例2：

本对比例2采用和本发明实施例1相同的有机磷的拉曼检测试剂盒制备工艺，以及相同的拉曼检测方法，不同之处在于，本对比例2的待测样品为农药多菌灵和违法添加物三聚氰胺。

检测结果如图7，结果发现，检测得到的拉曼信号和芯片空白一样并没有出现目标的特征峰。

上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。