表面增強拉曼散射光譜快速檢測紡織品還原液中聯苯胺

唐曉萍等

摘要 采用表面增強拉曼散射（SERS）光譜技術建立了紡織品還原液中聯苯胺的測定方法。紡織樣品中的偶氮染料用檸檬酸緩沖鹽提取后，加入連二亞硫酸鈉水溶液將提取液中的偶氮染料還原，然后用表面增強拉曼散射光譜法直接測定還原液中的聯苯胺。在金溶膠、凝聚劑、樣品溶液的體積比為9∶1∶1、pH=6的實驗條件下，測定了含有聯苯胺的陽性樣品，并采用在不同紡織樣品中添加聯苯胺標準溶液的方法來考察不同基質對測定的影響。結果表明，聯苯胺的檢出限為2.0×104 μg/kg，在低濃度下，基質對聯苯胺的測定有一定影響。

關鍵詞；表面增強激光拉曼光譜； 紡織品；聯苯胺； 禁用偶氮染料

1引言

表面增強拉曼散射（SERS）光譜技術具有檢測速度快、檢測限低，不用或少用有機試劑的特點，被廣泛用于分析化學、生物科學、表面界面，以及交叉學科領域的研究中，受到了人們的廣泛關注，已用于農藥殘留、多環芳烴、三聚氰胺、鄰苯二甲酸酯增塑劑、芳香胺等物質的檢測 [1～7]。

偶氮染料是目前最重要的一類合成染料，被廣泛用于紡織品、皮革等的染色。但某些偶氮染料染色的服裝與人體皮膚長期接觸后，可還原出致癌芳香胺，聯苯胺便是其中之一。目前，紡織品中致癌芳香胺的檢測方法復雜、耗時，需要使用大量有機溶劑[8]。將SERS應用于紡織品中芳香胺的檢測，將有效提高檢測速度，降低檢測成本，減少污染。目前，有關SERS的研究 [6，7]多為水溶液中芳香胺的檢測，未見紡織品中芳香胺的檢測報道。

本研究采用SERS測定紡織品還原液中的聯苯胺，方法簡單、快速、不使用有機溶劑，檢出限為2.0×104μg/kg。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

便攜式拉曼光譜儀（中檢國研（北京）科技有限公司研制），激發光源為785 nm，光譜掃描范圍300～3000 cm

Symbolm@@ 1，分辨率小于13 cm

Symbolm@@ 1，環境溫度10 ～40℃，積分時間為10 s，激光功率為300 mW。

恒溫水浴振蕩器： 37℃±2℃，60次/min。

聯苯胺標準品（Dr. Ehrenstorfer GmbH（德國））；甲醇（HPLC級，Fisher公司）：檸檬酸、連二亞硫酸鈉、NaOH（上海國藥集團）。參照文獻[9]制備金溶膠，凝聚劑為0.55 mol/L NaCl，超純水來自MilliQ純水系統。

2.2實驗方法

2.2.1試劑配制檸檬酸鹽緩沖液：取12.526 g檸檬酸和6.320 gNaOH溶于水中，用水定容至1000 mL，pH=6；200 mg/mL連二亞硫酸鈉溶液：臨用時取固體連二亞硫酸鈉新鮮配制；1000 μg/mL聯苯胺標準溶液：準確稱取標準品，用甲醇配制成1000 μg/mL標準儲備液，使用時再逐級稀釋成合適濃度的標準工作液。

2.2.2樣品前處理

將布料剪成5mm×5mm碎片，混勻，稱取1g試樣，準確至0.01g，置于具塞三角燒瓶中，加入17 mL預熱到（70±2）℃的檸檬酸鹽緩沖溶液，密閉。用力振搖后， 在（70±2）℃的水浴中保溫30 min。打開三角燒瓶，加入3.0 mL連二亞硫酸鈉溶液，并立即密閉振搖，將三角燒瓶再置于（70±2）℃的水浴中保溫30 min，取出后2 min內冷卻到室溫，溶液通過0.22 μm聚四氟乙烯薄膜過濾后測試。

2.2.3測試金溶膠、凝聚劑、樣品溶液按照體積比9∶1∶1的比例混合后，在設定的儀器最佳工作條件下，測定混合溶液中聯苯胺的拉曼光譜，根據特征峰判斷溶液中是否含聯苯胺。

3結果與討論

3.1增強試劑及比例的選取

增強試劑主要是納米溶膠和凝聚劑。納米溶膠的種類及其與凝聚劑、樣品溶液的比例對測定有影響。為選擇最佳增強試劑及其比例，先用空白溶液（檸檬酸鹽緩沖液和連二亞硫酸鈉溶液，按照體積比17∶3混合）代替樣品溶液進行SERS測定。

選擇常用的金溶膠和銀溶膠進行考察，試劑比例（體積比）分別為：銀溶膠：凝聚劑：空白溶液為1∶1∶4和金溶膠：凝聚劑：空白溶液為9∶1∶1，結果見圖1（a、c）。當金溶膠、凝聚劑、空白溶液的比例為9∶1∶1 時，空白溶液的SERS光譜峰較多且基線較高（圖1a）；而當銀溶膠、凝聚劑、空白溶液的比例為1∶1∶4時，空白溶液的SERS光譜峰較少且基線位置低（圖1c）。理論上，空白溶液的SERS譜圖中，峰的數量越少、峰的強度越小、基線越低，越有利于樣品的檢測。因此，似乎應該選擇銀溶膠、凝聚劑、空白溶液的體積比為1∶1∶4進行實驗較為合適。

3.2測試酸度的影響

按照樣品前處理方法處理空白溶液，用HCl或NaOH將處理后的空白溶液（pH 6）調節至pH 3.5， 7.0， 9.0， 9.5和11.0后，加入聯苯胺標準溶液，按照設定的試驗條件進行測定。結果見圖

3.3陽性樣品的檢測

將含有聯苯胺的陽性樣品，按照前處理方法進行處理后測定。樣品1～4中聯苯胺的含量分別為277， 97.3， 56.5和22.1 mg/kg。從圖3可見，這4個樣品中都檢測到了聯苯胺的特征峰。

聯苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 277； 97.3； （c） 56.5； （d） 22.1。

3.4干擾情況

為考察不同樣品基質對測定的影響，分別選擇了錦綸布、腈綸/粘膠/聚酯纖維布、棉布（麻黑色牛仔布）等不同材質、不含聯苯胺的紡織品，按照樣品前處理方法處理后，在樣液中添加濃度分別為：4.0， 20和200 mg/kg的聯苯胺標準溶液，然后測定，結果見圖4

聯苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 0； （b） 4.0； （c） 20； （d） 200.

從錦綸布的測定結果（圖4）可見，錦綸布中不含聯苯胺（圖4a）；當在樣液中添加濃度為4.0 mg/kg 聯苯胺時，在（831±5）cm

Symbolm@@ 1、（1280±5）cm處出現微小的特征峰（圖4b），當添加的聯苯胺濃度為20 mg/kg和2.0×105 μ m/kg 時，SERS譜中有很明顯的特征峰（圖4c和4d）。

當在腈綸/粘膠/聚酯纖維混紡布和棉布（麻黑色）的樣液中，添加濃度為4.0 mg/kg的聯苯胺時，測得的SERS譜圖（圖5b和圖6b）與未添加聯苯胺的樣液的SERS譜（圖5a和圖6a）幾乎一樣，說明聯苯胺濃度為4.0×103μg/kg時，這兩種基質中不能檢出聯苯胺。當聯苯胺的濃度增加到20和200 mg/kg 時，聯苯胺的特征峰很明顯（（圖5c和5d， 圖6c和6d）。由此可見，基質對聯苯胺的測定是有影響的。對于聯苯胺濃度高于20 mg/kg 的紡織品，這幾種基質中都能檢測到聯苯胺的特征峰；而對于低濃度的聯苯胺，尤其是濃度低于4.0 mg/kg 時，有的基質能夠檢測得到，有的基質則檢測不到。

3.5方法檢出限

根據圖1b， 圖3d和圖4可知，當聯苯胺的濃度為20 mg/kg 時，無論是陽性樣品的測定，還是將聯苯胺標準溶液加到空白溶液中進行測定，抑或是將聯苯胺標準溶液加到陰性樣品溶液中進行測定，都能檢測到濃度為20 mg/kg的聯苯胺。因此，本方法的檢出限低于20 mg/kg。

3.6與國標方法的比較

國家標準GB/T 17592 《紡織品 禁用偶氮染料的測定》中，樣品前處理方法除了本研究2.2節中所述的步驟以外，還需要萃取和濃縮。因此，國標方法前處理繁瑣，檢測時間長，需要大量有機溶劑。本方法簡單，快速、環保，無需大量有機試劑，是一種值得進一步探討的測定紡織品中禁用偶氮染料的方法。

4結 論

紡織樣品中的偶氮染料用檸檬酸緩沖鹽提取后，加入連二亞硫酸鈉溶液，將紡織品提取液中的偶氮染料還原，然后用表面增強激光拉曼光譜直接測定還原液中的聯苯胺，獲得了紡織品還原液中聯苯胺的拉曼光譜。本研究考察了增強試劑及其比例、樣液酸度對測定的影響以及干擾情況。陽性樣品的測定結果與日常檢測測得結果吻合。方法的檢出限為20 mg/kg。本方法不使用大量有機溶劑，不經過旋轉蒸發和氮氣吹干濃縮，操作簡便快速。

References

1LI XiaoZhou， YU Zhuang， YANG TianYue， DING JianHua. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2013， 33（10）： 2711-2714

李曉舟， 于 壯， 楊天月， 丁建華. 光譜學與光譜分析， 2013， 33（10）： 2711-2714

2XIE YunFei， WANG Xu， RUAN WeiFong， SONG Wei， ZHAO Bing. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2011， 31（9）： 2319-2323

謝云飛， 王 旭， 阮偉東， 宋 薇， 趙 冰. 光譜學與光譜分析， 2011， 31（9）： 2319-2323

3LIANG FangHui， JIN DanHong， MA PinYi， JIN Yue， WANG XingHua， GAO DeJiang， SONG DaQian. Modern Scientific Instruments， 2013， （4） ： 62-67

梁芳慧， 靳丹紅， 馬品一， 金 月， 王興華， 高德江， 宋大千. 現代科學儀器， 2013， （4） ： 62-67

4JI LiJun， XIE YunFei， YAO WeiRong. Science and Technology of Food Industry， 2012， 33（15）： 297-300

紀麗君， 謝云飛， 姚衛蓉. 食品工業科技， 2012， 33（15）： 297-300

5LUO ZhiXun， FANG Yan. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2006， 26（2）： 358-364

駱智訓， 方 炎. 光譜學與光譜分析， 2006， 26（2）： 358-364

6QU LuLu， LI DaWei， ZHAI WenLei， LONG YiTao. Environmental Chemistry， 2011， 30（8）： 1486-1492

渠陸陸， 李大偉， 翟文磊， 龍億濤. 環境化學， 2011， 30（8）： 1486-1492

7YANG YouMing. SERS Study of the Carcinogenic Azo Dyes， Doctoral Dissertation of JiLin University， 2012

楊有銘. 一類致癌性偶氮染料的SERS研究，吉林大學博士學位論文， 2012

8GB/T 17592， Textiles—Determination of the Banned Azo Colourants

紡織品 禁用偶氮染料的測定. 中華人民共和國國家標準. GB/T 17592

9GAO MinXia. Preparation and Characterization of Strong and Uniform SurfaceEnhanced Raman Spectroscopy Substrate， Master′s thesis of XiaMen University， 2007

高敏俠. 均勻的強表面增強拉曼光譜基底的制備及表征， 廈門大學碩士學位論文， 2007

AbstractA method for the determination of benzidine in reducing solution of textiles was established by SurfaceEnhanced Raman scattering spectroscopy （SERS）. First， aqueous sodium dithionite solution was added in extraction solution for reductive cleavage of azo groups after the azo colorants in textile samples was extracted with citrate buffer solution， then the benzidine in the reducing solution was directly detected by surfaceenhanced Raman scattering spectroscopy. The positive samples containing benzidine were detected when the proportion of gold colloids， aggregating agent and sample solution was 9∶1∶1 （V/V） and the pH value was set at 6. Besides， the matrix interference was investigated by detecting the benzidine added in the different matrix. The detection limit of this method was 20 mg/kg， and the matrix for the determination of the benzidine had some influence at low concentrations.

KeywordsSurfaceenhanced Raman scattering spectroscopy； Textiles； Benzidine； Banned azo colourants

（Received 5 March 2015； accepted 1 June 2015）