基于表面增强拉曼散射的兰州高原夏菜重金属离子多重检测的应用研究

This study intends to design a new functional SERS probe and a type of SERS basement for detection, and realize the qualitative detection and quantitative analysis of heavy metal pollutants in Summer vegetables in Lanzhou plateau. The very Silver nanoparticles/pyramid silicon is an effective SERS basement for detection, because the enhancement of this SeRS basement can reach up to 10 orders of magnitude . We have prepared the SERS basement, Ag nanoparticles and collected the SERS signal of heavy metal ions. Firstly, we'll design a novel functional SERS probe based on family of amino acid, capable of providing detection on heavy metal ions in Summer vegetables in Lanzhou plateau. Secondly, we establish the databases of SERS spectrogram on heavy metal ions. This offers a standard spectrogram database for recognition of heavy metal ions, and expands single chemical substance detection to multiple detection. The next work is to functionalize the Au nanoparticles and detect the heavy metal ions in Summer vegetables. This study is practical significance and highly academically valuable for multiple heavy metal ions detection on food safety.

本项目拟设计并制备基于金属纳米颗粒的新型功能化SERS探针及表面覆有银纳米颗粒的硅金字塔型阵列结构SERS基底，实现对兰州高原夏菜重金属离子的定性检测与定量分析。前期研究结果显示表面覆有银纳米颗粒的硅金字塔型阵列结构的SERS增强因子可达10个数量级，因此可作为有效的SERS检测基底。目前已成功制备出所设计的SERS基底和银纳米颗粒溶胶，并对常见的重金属离子的SERS信号进行了初步采集。本项目旨在设计基于金属纳米颗粒的SERS探针，拟运用氨基酸类试剂对制备的金属纳米颗粒加以修饰，生成功能化的金属纳米颗粒作为SERS探针，实现高原夏菜重金属离子的检测；在此基础上建立一个重金属离子SERS图谱数据库，为重金属离子的识别提供标准的数据库，可将单一检测发展为多重检测，进而实现重金属离子的定性与定量检测。本研究对实现食品安全的重金属离子多重检测具有重要的实际意义和较高的科研价值。

由于采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素使得我国食品安全事件时发，果蔬中的农药残留和重金属离子的检测和监控技术研究已成为我国进出口贸易和国民经济可持续发展的一个重要保证，因此不得不关注日益严重的果蔬中重金属离子的污染问题。生物体内存在的众多微量重金属元素，它们虽然含量很少，却在维持生命活动的新陈代谢中扮演了重要角色，含量过低无法维持生命体的生理功能，含量过高却会导致其中毒甚至死亡，因此其浓度的测定变得尤为重要。本项目拟对兰州高原夏菜的特色蔬果，采用表面增强拉曼光谱方法研究生物毒性显著的汞、铅、铜等微量重金属离子的残留，对其进行定性检测和定量分析，是SERS技术在痕量检测领域中的应用基础研究。.本项目首先设计并制备了一款新型的高效表面增强拉曼散射基底——银纳米粒子/硅金字塔（Ag NPs/PSi）基底，用结晶紫作为探针分子验证了Ag NPs/Psi基底的灵敏性、均匀性和稳定性，并利用Ag NPs/Psi基底的SERS特性设计了信号“从有到无”的过程实现汞离子的检测。其次，建立了重金属离子表面增强拉曼图谱数据库，为实现兰州高原夏菜特色蔬果中重金属汞离子的定性检测及定量分析提供了标准数据库。该工作对实现兰州高原夏菜蔬果中的农药和重金属离子的残留检测具有实际应用意义，对快速定性检测和定量分析的模型建立具有一定的指导意义。最后，本项目提出了一种基于超构表面实现OAM光束的产生与共轴叠加，并通过分析叠加的干涉图案进而实现入射光偏振状态的检测方法，这对于激发化学物质的拉曼光谱和表面增强拉曼光谱，以及利用电磁波偏振特性进行化学物质的痕量检测具有非常重要的意义。此种方法是通过超构表面来实现的，因此在系统集成化和设备小型化上更具有优势，亚波长分辨率、超薄特性以及涡旋光束产生和操作的结合，也使得该技术在偏振成像、光通信、光镊和量子科学等许多研究领域非常有吸引力。

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