表面增強拉曼光譜在偶氮染料檢測中的研究進展*

毛力軍

（哈爾濱市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，哈爾濱 150036）

表面增強拉曼光譜在偶氮染料檢測中的研究進展*

毛力軍

（哈爾濱市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，哈爾濱 150036）

簡述了偶氮染料的檢測現(xiàn)狀，對偶氮染料研究中表面增強拉曼光譜檢測方法進行了綜述。介紹了表面增強拉曼光譜用金屬溶膠、金屬電極、金屬薄膜3種增強基底在偶氮染料檢測中的方向，并對其在偶氮染料檢測中的研究前景進行了展望。表面增強拉曼光譜法是一種新型光譜分析技術(shù)，具有操作簡單、快速、靈敏度高等優(yōu)勢，為偶氮染料的檢測開辟了新道路。

偶氮染料；表面增強拉曼光譜；增強基底

偶氮染料是紡織品印染加工工藝中應(yīng)用最廣泛的合成染料之一，因其成本相對低廉、著色性好、染色牢靠性高，占據(jù)了大部分市場［1］。近年來，研究發(fā)現(xiàn)部分偶氮染料會發(fā)生還原反應(yīng)，釋放出聯(lián)苯胺、4-氨基聯(lián)苯、3，3'-二甲基聯(lián)苯胺、2-萘胺等24種致癌芳香胺，進入皮膚內(nèi)作用于人體細胞，可能引起病變甚至致癌，危害人體健康［2］。偶氮染料的檢測已成為國內(nèi)及國際紡織品服裝貿(mào)易中最重要的品質(zhì)控制環(huán)節(jié)之一。目前，對偶氮染料的檢測主要采用氣相色譜法、氣相色譜-質(zhì)譜法、液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜法等常規(guī)方法進行測定。這些方法都需要進行繁瑣的樣品前處理，費時費力，因此急需建立一種簡單、快速的檢測方法，提高檢測效率，優(yōu)化紡織品質(zhì)量控制。

表面增強拉曼光譜(SERS)具有樣品前處理簡單，分析速度快，操作方便,準確度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于材料、生物、醫(yī)學(xué)、食品等分析檢測中。由于偶氮染料的常規(guī)檢測方法樣品處理繁瑣，研究利用SERS快速檢測禁用偶氮染料對紡織品的質(zhì)量控制十分必要。

筆者主要介紹了偶氮染料和表面增強拉曼光譜技術(shù)的研究概況，以及表面增強拉曼光譜在偶氮染料中的檢測應(yīng)用，以期為建立一種快速篩查偶氮染料的表面增強拉曼光譜法提供參考。

1 偶氮染料及其檢測

1.1 偶氮染料

偶氮染料是指分子中含有偶氮基的所有染料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有偶氮基，并且兩端都連接有至少一個芳香族結(jié)構(gòu)。因其裂解后可能存在危害性，各國已陸續(xù)制定法律、法規(guī)禁止可分解致癌芳香胺偶氮染料的使用。早在1994年，德國政府就在“食品及日用消費品”法規(guī)中禁止有害偶氮染料的使用；2002年歐盟頒布法令，禁止使用會分解產(chǎn)生致癌芳香胺的偶氮染料；2010年我國發(fā)布了新版GB 18401-2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》［3］，明確規(guī)定了24種禁用芳香胺偶氮染料。

1.2 偶氮染料的檢測

隨著相關(guān)法規(guī)的出臺，各國發(fā)布了對偶氮染料中致癌芳香胺的檢測標準，歐盟在2011年12月批準了新版標準EN 14362-1： 2012 《紡織品-某些源于偶氮著色劑的芳香胺的測定方法》［4］，我國于2011年發(fā)布了標準GB／T 17592-2011 《紡織品禁用偶氮染料的測定》［5］。

目前，國內(nèi)外對禁用偶氮染料的檢測方法有高效薄層色譜法與紫外-可見光譜聯(lián)用，高效液相色譜法與二極管陣列檢測器聯(lián)用，氣相色譜法與火焰離子化檢測器聯(lián)用，氣相色譜法及質(zhì)譜檢測器聯(lián)用、毛細管電泳法與二極管陣列檢測器聯(lián)用和密度法等方法。其中，氣質(zhì)聯(lián)用法被使用的頻率最高。這些方法都需要經(jīng)過繁瑣的樣品前處理過程：還原裂解-萃取洗脫-濃縮定容-上機分析。

國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用上述方法對芳香胺的檢測進行了很多研究。Peterson等［6］用Dionex ASE（賽默飛快速溶劑萃取儀）加速從偶氮染料纖維中萃取芳香胺，用高效液相色譜與紫外可見光譜檢測器聯(lián)用法檢測，研究表明，在波長278 nm處可以檢測出22種芳香胺。張秀虹等［7］用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法對致癌芳香胺：3，3’-二甲基聯(lián)苯胺進行測定，并對該方法的測量結(jié)果的不確定度進行評估。研究表明對不確定度貢獻最大的是樣品重復(fù)測量引入的不確定度，這可能與芳香胺本身性質(zhì)不穩(wěn)定有關(guān)，也可能與測試過程步驟較多有關(guān)。

目前偶氮染料的定量檢測方法雖然能滿足紡織品中禁用偶氮染料的檢驗要求，但因其操作復(fù)雜、效率低、能耗高、檢測周期長等缺點不利于工作實施。而應(yīng)用表面增強拉曼光譜能有效解決這一問題，可以實現(xiàn)偶氮染料檢測的現(xiàn)場操作與節(jié)能環(huán)保，同時具有較高的檢測效率，測定結(jié)果準確可靠。

2 表面增強拉曼光譜概述

拉曼光譜是一種散射光譜，通過拉曼散射效應(yīng)產(chǎn)生分子振動光譜，進而得到分子的特征結(jié)構(gòu)信息，可用于研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)［8］。拉曼光譜的基本原理是儀器發(fā)出具有一定能量的光源打在待測分子上，分子中的基團鍵發(fā)生極化，電子激發(fā)進入高能級的虛態(tài)。在分子受激發(fā)產(chǎn)生震動和旋轉(zhuǎn)的過程中，將能量以其特有的波長散射出來，此能量既能反應(yīng)出被照射分子之間結(jié)合鍵的鍵能情況，也能反映出某些特有基團的震動情況，依此分析待測物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)。拉曼散射自1928年被印度物理學(xué)家C V Raman等人發(fā)現(xiàn)以來，其研究受到了廣泛的追捧。作為一種高效、快速的檢測方法，拉曼光譜廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。但由于拉曼光譜散射面積小、靈敏度低、信號波動性較大等缺點限制了其進一步發(fā)展［9］。

表面增強拉曼光譜(SERS)是指將待測物分子吸附到某些粗糙的納米金屬（如金、銀、銅）的表面或溶膠中，受到激發(fā)后，金屬表面電磁場增強，可使吸附分子的拉曼信號增強104～106倍［10］，有效解決了普通拉曼光譜靈敏度低的問題。1974年，F(xiàn)leischmann等［11］將銀電極進行粗糙化處理，研究發(fā)現(xiàn)，吸附在銀電極表面的吡啶分子散射出更強的拉曼光譜，而且當(dāng)所加電極電位發(fā)生變化，分子散射光譜的強度也會明顯變化。1977 年，Jeanmaire等［12］和 Albrecht等［13］分別通過詳細的試驗和理論研究后證實，吸附在粗糙銀電極表面的吡啶分子產(chǎn)生的拉曼信號是普通拉曼信號的106倍。SERS已被廣泛應(yīng)用于食品、藥品、生物和環(huán)境等多個檢測領(lǐng)域的定性和定量分析。胡寶鑫等［14］通過巰基乙烷磺酸鈉修飾銀納米表面，利用巰基與銀納米粒子和汞離子特異性結(jié)合的特點，通過檢測基片表面拉曼光譜相對強度的變化，定量檢測汞離子濃度。實驗表明，該表面修飾基片對汞離子檢測有較好的增強效果。王錚等［15］測定酸性金黃偶氮燃料的表面增強拉曼光譜，用銀氨溶液和葡萄糖制備增強基底，測得表面增強拉曼光譜的強度隨染料濃度的降低而降低，檢出限為 10-10mol／L。

3 表面增強拉曼光譜在偶氮染料檢測的應(yīng)用

自表面增強拉曼光譜被發(fā)現(xiàn)以來，人們建立多種模型研究它的增強機制。目前在SERS機制的研究中提出的模型主要分為兩大類：物理模型（電磁增強）和化學(xué)模型（非電磁增強）［16］。物理電磁增強模型認為當(dāng)激發(fā)光照射在具有一定粗糙度的金屬基底時，在金屬表面產(chǎn)生共振效應(yīng)，形成了一個放大的局域電磁場，吸附在金屬上的被測物分子的拉曼散射信號被放大?；瘜W(xué)增強模型主要認為被測分子與金屬表面間產(chǎn)生相互作用，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移和原子吸附等變化，導(dǎo)致共振現(xiàn)象的產(chǎn)生，使分子極化率增加，從而增強拉曼散射信號。

基于以上對SERS增強機制的研究，目前SERS增強基底有金屬溶膠、金屬電極、金屬薄膜、半導(dǎo)體材料、核殼納米材料等，其中常應(yīng)用于檢測偶氮染料的增強基底有金屬溶膠、金屬電極、金屬薄膜等。

3.1 金屬溶膠

金屬溶膠基底是目前研究最多、應(yīng)用最廣泛的SERS增強基底之一，金屬溶膠制備簡單，易儲存，增強效果好，能夠較長時間維持較好的活性。金溶膠和銀溶膠研究最多，銅溶膠也有應(yīng)用。一般采用化學(xué)還原法制備金屬溶膠，即用檸檬酸鈉、NaBH4等還原劑將金屬離子還原成金屬原子來制備。

賈廷見等［17］用檸檬酸鈉水溶液還原硝酸銀，制得銀溶膠，得到偶氮苯分子在銀溶膠上的表面增強拉曼光譜，表明偶氮苯分子以垂直狀態(tài)吸附于銀溶膠表面，達到增強效果。Xi等［18］研究表面增強拉曼光譜在酸性溶液中檢測偶氮染料，以銀溶膠作為增強基底，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不同頻率的激光照射偶氮染料時，各種偶氮染料異構(gòu)體表現(xiàn)出不同的SERS增強效應(yīng)圖譜，可以應(yīng)用這些圖譜分析偶氮染料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。孫如等［19］用檸檬酸鈉還原HAuCl4得到金溶膠，用NaBH4還原AgNO3得到銀溶膠，研究其電化學(xué)性質(zhì)對聯(lián)苯胺拉曼光譜檢測的影響。結(jié)果表明，在金、銀溶膠基底的作用下，聯(lián)苯胺分子的拉曼散射信號得到了增強。王雅晨等［20］將制備好的銀納米溶膠滴在有色纖維的表面，利用表面增強拉曼光譜對纖維中染料進行表征。結(jié)果表明，SERS可以檢測出有色纖維中的染料。唐曉萍等［21］將紡織品進行簡單處理，提取出偶氮染料，用制備的金溶膠作為SERS活性基底，考察不同條件下聯(lián)苯胺的拉曼散射情況。結(jié)果表明，在金溶膠、凝聚劑、樣品溶液體積比為9∶1∶1，pH值為6時，聯(lián)苯胺的SERS特征峰強度最大，檢出限為2.0×104μg／kg。

3.2 金屬電極

粗糙的金屬電極是最早發(fā)現(xiàn)用來增強拉曼光譜的基底，也是現(xiàn)在較為常用的SERS增強基底。一般使用循環(huán)氧化還原法使金屬電極表面粗糙化，目前常用的金屬電極是經(jīng)粗糙化處理的金電極、銀電極、銅電極、鉑電極等。

Liu等［22］使用銀電極為活性基底，研究給銀電極施加不同電壓情況下的聯(lián)苯胺表面增強拉曼光譜，主要探究不同電壓下聯(lián)苯胺分子吸附在銀電極表面的空間構(gòu)型，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施加電壓大于- 0.2 V（相對于標準甘汞電極）時，聯(lián)苯胺以一個或兩個氨基基團垂直吸附在銀電極表面上，當(dāng)施加電壓小于- 0.4 V時，聯(lián)苯胺通過兩個氨基基團平躺吸附在銀電極表面上。顧仁傲等［23］研究聯(lián)苯胺與鋅電極作用的表面增強拉曼光譜，把多晶鋅電極進行拋光處理，選擇合適的電極粗糙化處理條件，得到了吸附在鋅電極表面的聯(lián)苯胺隨電位變化的SERS譜圖，結(jié)果表明，鋅電極對聯(lián)苯胺的拉曼光譜有增強作用，聯(lián)苯胺在鋅電極表面的吸附能力比吡啶強。

3.3 金屬薄膜

金屬薄膜是指采用真空沉積或電化學(xué)沉積等技術(shù)在石英、玻璃、硅片等表面，形成一層金屬層。可以通過控制基底表面的結(jié)構(gòu)、溫度以及沉積的速度等條件，調(diào)節(jié)沉積金屬粒子的大小、形狀以及間距。

渠陸陸等［24］用薄層色譜板作為承載基底，將制備好的銀溶膠涂在薄層色譜板上，利用便攜式拉曼光譜儀對多種芳香胺類污染水樣進行現(xiàn)場檢測，對SERS圖譜峰進行了歸屬指認，優(yōu)化檢測條件后，部分芳香胺的檢出限可達5.0×10-6mol／L。楊有銘等［25］用表面增強拉曼光譜檢測水中的聯(lián)苯胺，制備銀溶膠和銀納米粒子膜，通過透射電鏡照片和掃描電鏡照片可以看出，銀溶膠和銀納米膜粒徑分布都比較均一，并保持了原有銀納米粒子的大小，以銀溶膠作增強基底檢測聯(lián)苯胺水溶液的檢出限可達到10-8mol／L，增強效果比銀納米粒子膜好。這是因為制備的金屬薄膜上吸附的金屬粒子數(shù)量有限，易于洗脫，待測物分子與金屬薄膜的結(jié)合能力較弱；而金屬溶膠具有較大的表面積，可以更好地吸附待測物分子，易于聚合成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，有利于拉曼光譜的測定。

4 結(jié)語

禁用偶氮染料的檢測關(guān)乎人體健康、環(huán)境保護，同時也是紡織品進出口貿(mào)易質(zhì)量控制重要的環(huán)節(jié)之一。表面增強拉曼光譜因其簡單、快速、成本低，可以作為一種輔助手段應(yīng)用于紡織品檢測中，起到快速篩查的作用。光譜方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)對紡織品進行快速檢測是前沿發(fā)展趨勢，隨著進一步的研究，不斷完善表面增強拉曼光譜檢測偶氮燃料的方法，將對人類的身體健康、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及保障外貿(mào)出口起到重要作用。

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《冶金分析》2018 年征訂啟事

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2025年全球質(zhì)譜市場將達到105億美元

2016年全球質(zhì)譜儀器市值估計為53億美元，預(yù)計到2025年將達到105億美元，從2017年到2025年該市場年復(fù)合增長率為7.7%。

質(zhì)譜法是一種基于質(zhì)量和電荷分離分子離子來確定化合物的分子量的分析技術(shù)，持續(xù)的技術(shù)發(fā)展促使質(zhì)譜應(yīng)用增加，質(zhì)譜技術(shù)在生物、物理、化學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、空間探索等領(lǐng)域都有應(yīng)用。質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域不斷增長推動了全球質(zhì)譜儀器市場的發(fā)展。由于化學(xué)和石油化工行業(yè)的巨大需求，生命科學(xué)和制藥行業(yè)的應(yīng)用不斷擴大，對質(zhì)譜系統(tǒng)的需求也在不斷增加。此外，質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)如氣質(zhì)聯(lián)用、液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)也促使質(zhì)譜儀器應(yīng)用更加廣泛。

截至目前，北美是最大的區(qū)域性質(zhì)譜市場，而美國主導(dǎo)北美質(zhì)譜市場。該地區(qū)由于存在不斷發(fā)展的醫(yī)療保健和生物技術(shù)研究基礎(chǔ)設(shè)施以及私人和公共資助研究與開發(fā)方面的優(yōu)勢，新產(chǎn)品得以在美國市場迅速進入。此外，美國是主要質(zhì)譜制造公司的所在地，使得該地區(qū)在市場上占據(jù)先機，并且獲得了新技術(shù)的進入并接受。

報告期內(nèi)，亞太地區(qū)預(yù)計將成為增長最快的質(zhì)譜市場。推動亞太地區(qū)質(zhì)譜市場的一些主要因素包括該地區(qū)主流產(chǎn)品的快速進入，亞太地區(qū)作為CRO和CMO活動的中心地位升級，醫(yī)療保健和生命科學(xué)研究基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展。

(儀器信息網(wǎng))

歐盟擬修訂馬齒莧中氟吡菌酰胺最大殘留限量

從江蘇檢驗檢疫部門獲悉，9月27日，歐盟食品安全局(EFSA)消息，荷蘭收到拜耳作物公司提出的修訂氟吡菌酰胺的現(xiàn)行最大殘留限量申請，經(jīng)歐盟食品安全局對荷蘭起草的評估報告進行審核并決定，將氟吡菌酰胺在馬齒莧中現(xiàn)行最大殘留限量0.2 mg／kg擬修訂為20 mg／kg。

據(jù)江蘇常熟檢驗檢疫局出口食品檢驗人員介紹, 氟吡菌酰胺不僅是新一代優(yōu)秀殺線蟲劑，而且還是廣譜殺菌劑、種子處理劑、農(nóng)產(chǎn)品倉儲保鮮劑等。氟吡菌酰胺可用于70多種作物田。檢驗檢疫部門提醒輸歐盟相關(guān)食品企業(yè)，要隨時跟進及掌握歐盟對氟吡菌酰胺的限量要求，加強與進口商的溝通，制定合理的農(nóng)用化學(xué)品投入方案并制定有效的質(zhì)量控制措施，加強原料驗收和出口前檢驗，確保出口產(chǎn)品安全。

氟吡菌酰胺不僅是新一代優(yōu)秀殺線蟲劑，還是廣譜殺菌劑、種子處理劑、農(nóng)產(chǎn)品倉儲保鮮劑等，具有多功能性。氟吡菌酰胺可以用于大田作物、蔬菜、花卉、草坪、瓜果、煙草等70多種作物田。檢驗檢疫部門提醒輸歐盟相關(guān)食品企業(yè)，要隨時跟進及掌握歐盟對氟吡菌酰胺的限量要求，加強與進口商的溝通，制定合理的農(nóng)用化學(xué)品投入方案并制定有效的質(zhì)量控制措施，加強原料驗收和出口前檢驗，確保出口產(chǎn)品安全。

（中國新聞網(wǎng)）

Research Progress of Surface Enhanced Raman Spectroscopy in Detection of Azo Dyes

Mao Lijun
(Harbin Product Quality Supervision and Inspection Institute, Harbin 150036, China )

Status of azo dyes detection was described briefly. The methods of surface enhanced Raman spectroscopy in the detection of azo dyes were reviewed. The application of three kinds of enhanced substrates such as metal sol, metal electrode and metal film in the detection of azo dyes was introduced. Trend of its development of in the detection of azo dyes was also prospected. Surface enhanced Raman spectroscopy is a new spectral analysis technique. It has the advantages of simple operation, rapid and high sensitivity, and it opens a new way for the detection of azo dyes.

azo dyes; surface enhanced Raman spectroscopy; enhanced substrate

O657.37 文獻標識碼：A 文章編號：1008-6145(2017)06-0116-04

10.3969／j.issn.1008-6145.2017.06.028

*國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局科技計劃項目(2014QK071)

聯(lián)系人：毛力軍；E-mail： Lijing887176@163.com

2017-09-13