一種微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底及制備和使用方法技術

一種微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底，其為納米貴金屬薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲。該基底的制備方法主要是：將塊狀多晶鎢的拋光面通過大功率等離子體材料輻照實驗裝置輻照處理，使塊狀金屬鎢成為垂直陣列狀的鎢納米絲；再在該鎢納米絲上包覆貴金屬薄膜。本發明專利技術便攜性好，可以作為集成化器件使用，操作靈活簡單，工作效率高；可以實現該材料的重復使用，使得器件平均成本大幅降低；使用本基底材料可以實現多種有機物的檢測和指認，而且拉曼增強效果明顯。制備方法方便簡單，避免了復雜的納米顆粒合成工藝。

High sensitive surface enhanced Raman detection substrate for trace organic residue and preparation and use method thereof

A highly sensitive surface enhanced Raman detection substrate for trace organic residues is a tungsten nanowire coated with a noble metal film with a vertical array. The substrate preparation method is mainly: the polishing bulk polycrystalline tungsten surface by high-power plasma irradiation experiment device of irradiation treatment, make bulk metallic tungsten tungsten nanowires become vertical array shape; and then coated with metal film on the tungsten nanowires. The invention is portable and can be used as integrated devices, flexible and simple, high work efficiency; can realize the repeated use of the material, the device average cost is greatly reduced; the use of the base material detection and identification can achieve a variety of organic compounds, and the Raman enhancement effect is obvious. The preparation method is convenient and simple, and the synthesis process of complicated nanoparticles is avoided.

【技術實現步驟摘要】
一種微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底及制備和使用方法
本專利技術涉及環保和光譜學
，尤其是一種應用于微量有機殘留物定性檢測基底及制備和使用方法。
技術介紹
以染料為代表的有機物的發展和應用為人類帶來豐富多彩的享受，同時對人類生存的環境造成嚴重的污染，嚴重威脅人類的健康。探索有效檢測和指認有機殘留物的方法成為一項急需解決的任務，尤其對于微量有機物的探測和指認成為技術難題。表面增強拉曼光譜(SERS)技術已經在先前的有機物檢測中被證明具有較好的意義。然而，現有的具有明顯SERS增強效果基底材料主要為離散的貴金屬(金、銀等)微納米顆粒。這些顆粒材料基底具有合成工藝復雜，使用不方便，性能不穩定等缺點和不足。尤其，現有增強基底材料很難循環使用，使得其利用成本過高。因此，拉曼增強基底的不完善限制了SERS技術在微量有機污染物檢測中的應用。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種制作工藝簡單、結構精細、使用方便、靈敏度高、性能穩定，尤其是可以循環使用的微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底及制備和使用方法。1、本專利技術表面增強拉曼檢測基底(以下簡稱為基底)為納米貴金屬(金、銀)薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲。2、基底的制備方法：1)原料是純度為99.99wt％，具有體心立方(bcc)晶體結構的多晶鎢，采用機械拋光致使其一表面光滑平整；2)將步驟1塊狀多晶鎢的拋光面通過大功率等離子體材料輻照實驗裝置輻照處理，所用等離子體為氦離子等離子體，離子能量約為200eV,離子流強約為1.0x1022ions/m2·s1,輻照溫度約為1300℃，輻照時間約為80分鐘。之后形成具有納米陣列形貌的材料，即納米絲近似垂直于平面基底生長，直徑尺寸均勻，約為50nm，納米絲平均間距約為100nm，使塊狀金屬鎢成為垂直陣列狀的鎢納米絲；3)在步驟2的垂直陣列狀的鎢納米絲上包覆貴金屬薄膜；a通過Hitachi,e-1010型離子蒸鍍儀，在8-10Pa的真空條件下，蒸鍍處理60-90秒，得到包覆在垂直陣列狀的鎢納米絲表面的金薄膜，薄膜厚度約為10nm；b通過Lab18磁控濺射系統，在高于1.5x10-7毫托的真空度下，利用氬氣保護條件下，濺射功率約為250W，得到包覆在垂直陣列狀的鎢納米絲表面的銀薄膜，薄膜厚度約為10nm；3、基底的使用方法：1)選擇上述貴金屬納米薄膜包覆的垂直陣列狀的鎢納米絲基底，將其在純度為99％的無水乙醇中浸泡1小時之后，自然晾干備用。2)將步驟1的基底浸泡于待測有機溶液中1-5分鐘，取出自然晾干等待檢測；3)選用532nm激光作為激發光源，利用RenishawinVia型顯微拉曼光譜儀對吸附在基底表面的染料分子進行拉曼散射檢測，對照拉曼圖庫確定吸附有機物的種類；4、基底的再生方法：在大氣壓下室溫條件(20-40℃)下，利用He氣放電產生的He離子等離子體，對吸附有機殘留物的基底進行清洗處理，采用放電電壓為20-30KV，氣體流速為1L/分鐘的等離子體對使用過的增強基底進行再生處理5分鐘，然后重復使用。本專利技術與現有技術相比具有如下優點：1.利用在鎢納米絲上蒸鍍貴金屬納米薄膜的方法，構建SERS基底，該方法方便簡單，避免了復雜的納米顆粒合成工藝；2.利用塊狀基底材料作為SERS基底，便攜性好，可以作為集成化器件使用，操作靈活簡單，工作效率高；3.采用穩定的陣列狀基底材料作為SERS基底，可以實現該材料的重復使用，使得器件平均成本大幅降低；4.使用本基底材料可以實現多種有機物的檢測和指認，而且拉曼增強效果明顯。5.本專利技術中的納米絲陣列狀基底，尺寸、間距均一，結構精細，多次使用性能靈敏且穩定。附圖說明圖1是本專利技術基底的外觀圖；圖2是本專利技術基底表面的掃描電鏡照片圖；圖3是本專利技術采用金包覆鎢納米絲陣列基底獲得的羅丹明B的表面增強拉曼光譜(a)與原始拉曼光譜(b)對比效果圖；圖4是本專利技術采用金包覆鎢納米絲陣列基底獲得的活性艷藍X-BR的表面增強拉曼光譜(a)與原始拉曼光譜(b)對比效果圖；圖5是本專利技術采用金包覆鎢納米絲陣列基底獲得的活性艷紅X-3B的表面增強拉曼光譜(a)與原始拉曼光譜(b)對比效果圖；圖6是本專利技術采用銀包覆鎢納米絲陣列基底獲得的羅丹明B的表面增強拉曼光譜(a)與原始拉曼光譜(b)對比效果圖；圖7是本專利技術中用于拉曼增強基底清洗的等離子體裝置非工作態圖；圖8是本專利技術中用于拉曼增強基底清洗的等離子體裝置工作態圖；圖9是本專利技術中采用金包覆鎢納米絲陣列拉曼增強基底初次利用(a)、等離子體清洗后(b)和循環利用(c)時的拉曼檢測效果圖；圖10是本專利技術中采用金包覆鎢納米絲陣列拉曼增強基底等離子體處理后基底的掃描電鏡照片圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做進一步說明：例1取純度為99.99wt％，具有體心立方(bcc)晶體結構的多晶鎢(廈門虹鷺鎢鉬科技有限公司制造)尺寸為1cm*1cm*0.3cm，采用機械拋光致使其一表面光滑平整；將上面步驟拋光的塊狀多晶鎢通過大功率等離子體材料輻照實驗裝置輻照處理，所用等離子體為氦離子等離子體，離子能量約為200Ev,離子流強約為1.0x1022ions/m2·s1,輻照溫度約為1300℃，輻照時間約為80分鐘。之后形成具有納米陣列形貌的材料，即納米絲近似垂直于平面基底生長，直徑尺寸均勻，約為50nm，納米絲平均間距約為100nm，使塊狀金屬鎢成為垂直陣列狀的鎢納米絲；在上面步驟的垂直陣列狀的鎢納米絲上通過Hitachi,e-1010型離子蒸鍍儀，在8-10Pa的真空條件下，蒸鍍處理90秒，得到包覆在垂直陣列狀的鎢納米絲表面的金薄膜，薄膜厚度約為10nm；最終得到的產物為納米金薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲，如圖1所示，方形塊體為原始鎢塊材料，黑色圓形區域為納米絲狀陳列。圖2是對圖1中黑色圓形區域掃描的電鏡照片圖，從圖中可以看出金包覆的絲垂直生長，直徑均勻約為50nm，金納米薄膜光滑地包覆在無納米絲上。例2取純度為99.99wt％，具有體心立方(bcc)晶體結構的多晶鎢(廈門虹鷺鎢鉬科技有限公司制造)尺寸為1cm*1cm*0.3cm，采用機械拋光致使其一表面光滑平整；將上面步驟拋光的塊狀多晶鎢通過大功率等離子體材料輻照實驗裝置輻照處理，所用等離子體為氦離子等離子體，離子能量約為200Ev,離子流強約為1.0x1022ions/m2·s1,輻照溫度約為1300℃，輻照時間約為80分鐘。之后形成具有納米陣列形貌的材料，即納米絲近似垂直于平面基底生長，直徑尺寸均勻，約為50nm，納米絲平均間距約為100nm，使塊狀金屬鎢成為垂直陣列狀的鎢納米絲；在上面步驟的垂直陣列狀的鎢納米絲上通過Lab18磁控濺射系統，在高于1.5x10-7毫托的真空度下，利用氬氣保護條件下，濺射功率約為250W，得到包覆在垂直陣列狀的鎢納米絲表面的銀薄膜，薄膜厚度約為10nm；最終得到的產物為納米銀薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲。例3選用例1獲得的鍍金鎢納米絲陣列作為基底，將其在酒精中浸泡1小時之后，自然晾干備用。將其浸泡于濃度范圍為10ppm-10ppb之間的羅丹明B水溶液中，于室溫下靜置1分鐘。用鑷子將浸泡在溶液中的基底取出，于濾紙上自然晾干10分鐘。待基底晾干之后，選用532nm作為激光作為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底，其特征在于：其為納米貴金屬(金、銀)薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲。

【技術特征摘要】
1.一種微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底，其特征在于：其為納米貴金屬(金、銀)薄膜包覆的具有垂直陣列狀的鎢納米絲。2.權利要求1的微量有機物殘留高靈敏表面增強拉曼檢測基底的制備方法，其特征在于：1)原料是純度為99.99wt％，具有體心立方(bcc)晶體結構的多晶鎢，采用機械拋光致使其一表面光滑平整；2)將步驟1塊狀多晶鎢的拋光面通過大功率等離子體材料輻照實驗裝置輻照處理，所用等離子體為氦離子等離子體，離子能量約為200eV,離子流強約為1.0x1022ions/m2·s1,輻照溫度約為1300℃，輻照時間約為80分鐘，之后形成具有納米陣列形貌的材料，即納米絲近似垂直于平面基底生長，直徑尺寸均勻，約為50nm，納米絲平均間距約為100nm，使塊狀金屬鎢成為垂直陣列狀的鎢納米絲；3)在步驟2的垂直陣列狀的鎢納米絲上包覆貴金屬薄膜；a通過Hitachi,e-1010型離子蒸鍍儀，在8-10Pa的真空條件下，蒸鍍處理60-90秒，得到包覆在垂直陣列狀的鎢納米絲表面的金薄膜，薄膜厚度約為10nm；或b通過Lab1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉德弟，劉東平，劉璐，
申請(專利權)人：大連民族大學，
類型：發明
國別省市：遼寧,21