纳米表面电置换反应的非标记SERS光谱研究及其在环境分析中的应用

Stable nanoparticle and its nanoalloy sols, including spherical, rod triangle, flower and cubic, were prepared by chemical procedure using suitable organic compound as stabile reagent. Suitable aggregation reagent was screened to prepare highly stable and SERS active aggregated nanosol and nanoalloy sols that were characterized by electron microscopy and X-ray diffraction. Highly selective Galvanic replacement reaction (GRR) on the nanosurface and highly sensitive SERS molecular probe were screened to fabricate SERS analytical system. The influence of various factors on the probe system was considered, and some rapid and accurate nanosurface GRR label-free SERS method was developed for the determination of trace metal pollutants. Combined with the high selectivity of SERS spectrum and highly sensitive nanosurface GRR, some highly sensitive and seletive SERS methods were proposed for the detemination of trace anion pollutants in real sample. Using several charaterization techniques, the nanosurface GRR reaction mechanism and SERS enhanced mechanism were discussed.

选择适宜的对表面增强拉曼散射（SERS）活性无抑制作用的化合物作稳定剂，采用简便快速的化学物理方法制备稳定的纳米球、纳米棒、纳米碟、纳米花、纳米立方体溶胶；筛选适宜的纳米聚集剂，制备高稳定性、高活性聚集纳米溶胶，采用电镜、能谱、X衍射、共振瑞利散射（RRS）、Raman光谱等技术对其进行表征。结合高稳定性高SERS活性纳米溶胶、高灵敏分子探针和高选择性纳米表面电置换反应（GRR），构建高灵敏、高选择性的GRR非标记SERS分析平台。考察盐、表面活性剂、有机稳定剂等对纳米溶胶、分子探针、GRR的影响；研究分子探针的Raman光谱特性及峰的归属；优化SERS定量分析条件，发展一批简便快速精确测定痕量环境污染物的GRR非标记SERS定量分析新方法，并用于环境样品分析等。结合表征技术实验结果，探讨GRR反应机理和SERS增强机理。

来自矿山开采、金属冶炼、化肥施用和生活垃圾等污染，以及地质侵蚀、风化等天然因素导致重金属以各种形式进入水体、生物等，使得重金属污染已成为环境污染和威胁人体健康的严峻问题，环境中重金属含量的监测和控制已成为关系到环境保护、可持续发展和提高人民生活水平的重要问题。将纳米表面电置换反应（GRR）、纳米反应与非标记SERS有机结合在一起，发展一批SERS光谱定量分析重金属的新方法用于食品、矿山、冶炼厂周边环境水样等分析，既具有理论技术创新又具有应用前景。本项目采用简便快速的光波法、微波法制备了不同形貌的纳米银、纳米金溶胶，以及氧化石墨烯纳米带等纳米溶胶，研究了它们的吸收光谱，共振瑞利散射光谱和表面增强拉曼散射光谱特性，并采用TEM、XRD、激光散射技术进行了表征。获得了高稳定性、高SERS活性纳米溶胶，筛选了高灵敏分子探针，探索了纳米表面GRR耦联新体系，提出GRR反应机理。构建了高灵敏、高选择性的GRR非标记探针分子SERS分析平台，考察了盐、表面活性剂、有机稳定剂等对纳米溶胶、分子探针、GRR的影响；研究分子探针的Raman光谱特性及峰的归属；优化SERS定量分析条件，发展了一批测定Pb2+、K+、Au3+、Cu2+、血红素、尿素和乙醇等的高灵敏的高选择性的纳米表面电置换反应SERS光谱定量分析方法，并用于环境、食品安全的检测。.本项目已发表高水平SCI学术论文10篇，其中SCI一区论文8篇、二区论文2篇；获得授权中国发明专利4项；参加国内学术会议3次（合计12人次），发表会议论文5篇。.结合该项目研究培养了硕士和博士研究生10名。