基于反應體系的表面增強拉曼光譜快速檢測乙基麥芽酚

吳昊 肖東方 應葉 郭小玉 文穎 楊海峰

摘要：以鐵離子（Fe3+）為媒介，鞣酸還原氯金酸制備的金納米粒子（Au NPs）作為表面增強拉曼散射（SERS）基底，實現比色一散射光譜雙響應，快速鑒別食品中的乙基麥芽酚.其中比色法中，對乙基麥芽酚的檢測限為0.50 mg·mL-1.SERS檢測中，利用Fe3+和乙基麥芽酚的絡合作用，乙基麥芽酚的最低檢測限降低到0.01 mg ·mL-1，線性范圍為0.05～1.00 mg·mL-1，該方法使用的儀器簡單，操作方便，可對樣品中的乙基麥芽酚進行現場直接測定，

關鍵詞：表面增強拉曼散射（SERS）;比色法;鐵離子（Fe3+）;乙基麥芽酚

中圖分類號：0 657.37 文獻標志碼：A

文章編號：1000-5137（2020）02-0167-08

0引 言

在食品中添加某些物質起到掩蓋其不良品質的事件層出不窮，例如花生油摻假事件，這不僅意味著消費者權益受到損害，還往往伴隨著食品質量不過關，嚴重危害消費者的健康.乙基麥芽酚是我國規定允許使用的食用香料，可作為煙草、飲料、糕點、香精、果酒、日用化妝品等物質的增香劑以及香味改良劑[l-2]，但大量攝入會導致頭痛、嘔吐，并可能影響肝功能和腎功能[3].因此，聯合國糧食與農業組織和世界衛生組織食品添加劑專業委員會規定：乙基麥芽酚人均每天的攝入量以體重計不能超過2 mg·kg-1，而食品加工中的指導用量為100—200 ug ·kg-1.

目前，對于乙基麥芽酚的檢測方法有氣相色譜法[4]、高效液相色譜法[5]、熒光分析法[6]等，其中氣相色譜方法相比于其他方法具有較高的準確性及靈敏度，但是針對復雜樣品時，仍面臨著前處理過程復雜、耗時長、需要大型檢測儀器等缺點，而且乙基麥芽酚易揮發，限制了氣相色譜檢測方法在現場分析檢測中的應用.

近年來，隨著便攜式拉曼光譜儀器的飛速發展，使本就具有痕量分析檢測[7-9]能力且樣品前處理相對簡單[10-11]的表面增強拉曼散射（ SERS）技術能實現現場快速無損檢測，并被廣泛應用于化學危害品、微生物污染物和生物毒素等的檢測，

本文作者設計了一種基于比色和表面增強拉曼光譜雙響應的探針分子，用于食品中乙基麥芽酚的檢測，圖l為實驗設計示意圖.首先將鐵離子（Fe3+）加入到待測溶液中，當待測體系中含有乙基麥芽酚這種物質時，會形成紫紅色絡合物，肉眼可直接辨別，此時Fe3+起到“固定”乙基麥芽酚分子的作用，再通過拉曼光譜進行檢測，乙基麥芽酚特征峰出現，實現比色一散射光譜兩種方式鑒別食品中的乙基麥酚.而當體系中不存在乙基麥芽酚或者乙基麥芽酚含量不足，導致Fe3+剩余時，剩余的Fe3+又與基底表面的鞣酸分子作用，使金納米粒子（Au NPs）相互靠近，電磁場增強，引起“熱點”增多，從而鞣酸信號增強，通過乙基麥芽酚特征峰強度的降低以及鞣酸特征峰信號的增強，可實現對乙基麥芽酚實現定量檢測.

1實驗部分

1.1試劑

乙基麥芽酚購買于阿拉丁試劑公司，分析純（AR）;羅丹明6G、氯金酸、氯化鐵以及鞣酸均購置于國藥試劑公司，均為AR;食用油從沃爾瑪超市購買;實驗中所用純水均為自制的二次去離子水，

所有的試劑和化學品均直接使用.實驗玻璃儀器均用王水（濃鹽酸和濃硝酸體積比為3：1混合）浸泡洗滌，再以二次去離子水沖洗.

1.2儀器

掃描電子顯微鏡（ SEM），S-4800型（Hitachi Co.，Ltd.）;7504紫外一可見分光光度儀，上海新茂儀器有限公司;ENWAVE（ Optronics） Prott-EZ-Raman-A2型便攜式拉曼光譜儀，二極管激光器激發光波長為785 nm，其激發光源最大可調激光功率為300 mW，掃描時間為5s，累積時間為3次.

1.3

Au NPs的制備

Au NPs的制備受SLOT等[12]工作的啟發，以鞣酸為還原劑制備Au NPs.將3 mL質量分數為1%的氯金酸加入到100 mL三角燒瓶中，加入97 mL去離子水，煮沸15 min后，在劇烈攪拌條件下逐滴加入1.20 mL物質的量濃度為5xl0-3mol·L-1的鞣酸溶液，待溶液完全變成紫紅色，停止加熱并攪拌冷卻至室溫即可得到Au NPs.

取8 mL上述Au納米溶膠在8 000 r·min-I條件離心5 min，去掉上層清液，用去離子水洗滌2次后使用.1.4乙基麥芽酚純品的測試

稱取0.10 g的乙基麥芽酚固體粉末加入10 mL容量瓶中，配置成質量濃度為10 mg· mL-1的母液，然后用去離子水逐步稀釋成梯度濃度（7.500，5.000，2.500，1.000，0.750，0.500，0.250，0.100，0.075，0.050，0.010 mg·mL-1）溶液待用.

將一定量Fe3+分別加入到不同質量濃度的乙基麥芽酚溶液中，使之反應形成絡合物，然后取3 mL混合后的溶液與制備的Au NPs以1：1的體積比均勻混合，再取10 uL混合溶液滴在干凈的鋁箔上，待樣品室溫干燥后進行SERS測試.

1.5實際樣品中乙基麥芽酚的檢測

在進行實際檢測時，由于乙基麥芽酚易溶于水，因此直接將Fe3+加入到5 mL食用油樣品中，超聲萃取5 min，然后取3 mL水層溶液與3 mL離心后的Au NPs充分混勻后，取10 uL混合后的溶液滴在干凈的鋁箔上，待樣品室溫干燥后進行SERS測試.

作為實驗對照，進行加標測試.向5 mL食用油樣品中加入乙基麥芽酚，充分混勻后，按照上述步驟進行SERS測試.

2結果與討論

2.1

Au NPs的表征

首先對制備的Au NPs進行了表征.圖2（a）為Au NPs的SEM圖，可以看出，Au NPs尺寸均一且分散均勻.圖2（b）為Au NPs在521nm波長處產生吸收峰，根據公式可以計算出粒徑在16 nm左右（Au NPs粒徑公式：Y=0.401 7X+514.56，其中y為波長，X為粒子直徑），可以看出這與圖2（a）中的粒徑大小相符.

2.2 比色法檢測乙基麥芽酚

受LIU等[13]工作的啟發，應用競爭反應原理，設計實行兩步法快速、準確可視化地檢測乙基麥芽酚，在本實驗中，鞣酸以及乙基麥芽酚均可與Fe3+反應，但是鞣酸以及乙基麥芽酚對Fe3+的競爭能力相當，因此，當Fe3+與乙基麥芽酚發生反應時，鞣酸的引入不會破壞乙基麥芽酚與Fe3+生成的絡合物.圖3為比色法檢測乙基麥芽酚（0，0.01，0.05.0.10.0.50，1.00，5.00 mg.mL-l），當乙基麥芽酚的質量濃度為0.50mg·mL-1時，可以觀察到明顯的顏色變化（溶液顏色從黃色變為紫紅色）.溶液顏色隨著溶液中乙基麥芽酚的濃度增加而加深，而當質量濃度低于0.50 mg·mL-l時，溶液的顏色就呈現出黃色.

2.3

Au NPs的SERS性能的考察

由于SERS基底增強效果的好壞直接影響著測試結果的靈敏度，因此對制備的納米粒子增強性能也作了考察，圖4是以羅丹明6C為探針分子的鞣酸還原的Au NPs增強性能的SERS圖譜，可以明顯觀測到羅丹明6G的特征峰，這是由于Au NPs的局域表面等離子體共振（LSPR），從而產生大量“熱點”.該基底對羅丹明6G的檢測限能達到5xl0-7 mol.L-l，靈敏度較好.

2.4 乙基麥芽酚的SERS研究

圖5為乙基麥芽酚的SERS圖譜與固體Raman圖譜對比，可以觀察到乙基麥芽酚的SERS圖譜與固體拉曼圖譜幾乎完全一致，無明顯特征峰被選擇性增強，因此猜測乙基麥芽酚在基底表面無特異性吸附作用.并利用高斯軟件對乙基麥芽酚的SERS譜峰進行了歸屬，693 cm-1對應為乙基麥芽酚的Vs（C-O）以及Vs（C-C-C）振動模式，1034 cm-1對應為乙基麥芽酚的Vas（ C-O-C）以及Vas（C—C）振動模式，1 643 cm-1對應為Vs（C=C）以及8（C-O-H）振動模式.

然而在不引入Fe3+的情況下進行乙基麥芽酚SERS直接測試時發現，由于乙基麥芽酚作為增香類食品添加劑，是一種揮發性小分子，在上述實驗中也表明與基底無特異性作用，并且由于SERS測試時受環境溫度及濕度影響較大，隨著時間的延長，乙基麥芽酚的SERS信號也會隨之發生變化.圖6為在20℃，60%相對濕度條件下，2.50 mg.mL-1的乙基麥芽酚SERS強度隨時間變化的圖譜.從圖6中可以看出，當不引入Fe3+時，孵育時間為38 min時會獲得最佳信號，這不僅耗時長，還難以實現乙基麥芽酚的準確定量測定.同時，在不引入Fe3+的情況下，由于乙基麥芽酚與基底的非特異性吸附，乙基麥芽酚的最低可檢測質量濃度為0.75 mg·mL-1，此方法的靈敏度不高，結果如圖7所示.

因此考慮使用Fe3+，將乙基麥芽酚“固定”下來進行檢測，并首先對所用Fe3+濃度進行了實驗.圖8為Fe3+濃度測試結果.從圖8中可以看出，當Fe3+物質的量濃度為0.16 mg·mL-l時，SERS信號最強.因此選擇0.16 mg·mL-l的Fe3+為最佳濃度進行后續實驗.

當引入Fe“時，發現在l 339 cm-1以及l 479 cm-l處出現鞣酸的特征峰，當溶液中乙基麥芽酚濃度較低時，過量的Fe3+會與鞣酸結合，拉近Au NPs之間的距離，增強鞣酸的信號，SERS測試結果如圖9所示，同時以1 034 cm-l處為乙基麥芽酚特征峰進行線性分析，結果如圖lO（a）所示，此時線性范圍為0.10～1.00 mg·mL-1.而當引入1339 cm-1鞣酸特征峰作為競爭因子時，以1 034 cm-l與1339 cm-1的比值進行線性分析時發現，最低可檢測濃度為0.01 mg·mL-1，線性范圍為0.05～1.00 mg/mL，線性范圍更寬，結果如圖lO（b）所示.

2.5乙基麥芽酚實際樣品的檢測

在模擬實際樣品測試時，進行加標測試，分別向花生油中添加0.400 0 mg·mL-l和0.800 0 mg·mL-l的乙基麥芽酚，加標測試結果如表l所示.從表1中可以看出，回收率在89.90/0～103.5%之間，回收率良好.

3結語

引入Fe3+為媒介，Fe3+與乙基麥芽酚會形成紫紅色絡合物，實現顏色的初步判別，再以拉曼儀器進行測試乙基麥芽酚特征散射峰，實現比色一散射光譜兩種方式鑒別食品中的乙基麥芽酚.而過量的Fe3+又會與基底表面的鞣酸作用，拉近Au NPs之間的距離，引起鞣酸特征峰的增強，通過乙基麥芽酚特征峰與鞣酸特征峰峰強的比值實現定量測試，不僅克服了揮發性小分子難以準確測定的難題，也降低乙基麥芽酚的最低檢測濃度.在進行實際樣品加標測試時，回收率在89.9%～103.5%之間，回收率良好.

參考文獻：

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