[发明专利]一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底及制备和使用方法

说明书

一种微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底，其为纳米贵金属薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。该基底的制备方法主要是：将块状多晶钨的抛光面通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；再在该钨纳米丝上包覆贵金属薄膜。本发明便携性好，可以作为集成化器件使用，操作灵活简单，工作效率高；可以实现该材料的重复使用，使得器件平均成本大幅降低；使用本基底材料可以实现多种有机物的检测和指认，而且拉曼增强效果明显。制备方法方便简单，避免了复杂的纳米颗粒合成工艺。

技术领域

本发明涉及环保和光谱学技术领域，尤其是一种应用于微量有机残留物定性检测基底及制备和使用方法。

背景技术

以染料为代表的有机物的发展和应用为人类带来丰富多彩的享受，同时对人类生存的环境造成严重的污染，严重威胁人类的健康。探索有效检测和指认有机残留物的方法成为一项急需解决的任务，尤其对于微量有机物的探测和指认成为技术难题。表面增强拉曼光谱(SERS)技术已经在先前的有机物检测中被证明具有较好的意义。然而，现有的具有明显SERS增强效果基底材料主要为离散的贵金属(金、银等)微纳米颗粒。这些颗粒材料基底具有合成工艺复杂，使用不方便，性能不稳定等缺点和不足。尤其，现有增强基底材料很难循环使用，使得其利用成本过高。因此，拉曼增强基底的不完善限制了SERS技术在微量有机污染物检测中的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种制作工艺简单、结构精细、使用方便、灵敏度高、性能稳定，尤其是可以循环使用的微量有机物残留高灵敏表面增强拉曼检测基底及制备和使用方法。

1、本发明表面增强拉曼检测基底(以下简称为基底)为纳米贵金属(金、银)薄膜包覆的具有垂直阵列状的钨纳米丝。

2、基底的制备方法：

1)原料是纯度为99.99wt％，具有体心立方(bcc)晶体结构的多晶钨，采用机械抛光致使其一表面光滑平整；

2)将步骤1块状多晶钨的抛光面通过大功率等离子体材料辐照实验装置辐照处理，所用等离子体为氦离子等离子体，离子能量约为200eV,离子流强约为1.0x10²²ions/m²·s¹,辐照温度约为1300℃，辐照时间约为80分钟。之后形成具有纳米阵列形貌的材料，即纳米丝近似垂直于平面基底生长，直径尺寸均匀，约为50nm，纳米丝平均间距约为100nm，使块状金属钨成为垂直阵列状的钨纳米丝；

3)在步骤2的垂直阵列状的钨纳米丝上包覆贵金属薄膜；

a通过Hitachi,e-1010型离子蒸镀仪，在8-10Pa的真空条件下，蒸镀处理60-90秒，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的金薄膜，薄膜厚度约为10nm；

b通过Lab18磁控溅射系统，在高于1.5x10^-7毫托的真空度下，利用氩气保护条件下，溅射功率约为250W，得到包覆在垂直阵列状的钨纳米丝表面的银薄膜，薄膜厚度约为10nm；

3、基底的使用方法：

1)选择上述贵金属纳米薄膜包覆的垂直阵列状的钨纳米丝基底，将其在纯度为99％的无水乙醇中浸泡1小时之后，自然晾干备用。

2)将步骤1的基底浸泡于待测有机溶液中1-5分钟，取出自然晾干等待检测；

3)选用532nm激光作为激发光源，利用Renishaw inVia型显微拉曼光谱仪对吸附在基底表面的染料分子进行拉曼散射检测，对照拉曼图库确定吸附有机物的种类；

4、基底的再生方法：在大气压下室温条件(20-40℃)下，利用He气放电产生的He离子等离子体，对吸附有机残留物的基底进行清洗处理，采用放电电压为20-30KV，气体流速为1L/分钟的等离子体对使用过的增强基底进行再生处理5分钟，然后重复使用。