張文濤，周 麗，鄒曉蘭，任水英，李 林

(無錫中德伯爾生物技術有限公司 試劑研發(fā)部，江蘇 無錫 214174)

硫元素是一種非金屬元素，在自然界中通常以硫化物、硫酸鹽或單質的形式存在。水中硫化物是指水中溶解性的硫化物以及酸性金屬硫化物，包括溶解性的H2S、HS-和S2-[1]。硫化物主要存在于生活污水中，有些特殊的地下溫泉也含有硫化物。對人體和水體生物而言，硫化物是有劇毒的，可與人體內細胞色素、氧化酶及該類物質中二硫鍵作用，影響細胞氧化過程，造成細胞組織缺氧，危及人的生命。對此，GB5749—2006規(guī)定，飲用水中硫化物的指標及限制為0.02 mg/L。

目前，飲用水中硫化物檢測方法主要包括分光光度法[2]、流動注射-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法[3]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法[4]、電化學方法[5]、熒光分光光度法[6]等。其中，原子熒光光譜法和原子發(fā)射光譜均需要借助于大型儀器，不便于現(xiàn)場檢測；電化學方法檢測前需要對電極進行處理和打磨；而熒光分光光度法又容易受到其他離子的干擾。分光光度法的檢測相較其他方法更簡便和實用，但硫化物在水中不穩(wěn)定，容易分解，按照相對應的國標GB/T 5750.5—2006《生活飲用水標準檢測方法》中的N,N-二乙基對苯二胺分光光度(DPD)法，對樣品采集和保存均有嚴格要求，采樣時避免曝氣，需加乙酸鋅和NaOH處理，并暗處密封，避光放置保存再測試。因此，這種方法在操作便捷性以及檢測靈敏度方面仍然具有一定的局限性。

盡管上述檢測方法準確可靠，可以作為執(zhí)法鑒定的依據(jù)，然而這些方法的前處理過程大多步驟繁瑣，而且相關檢測儀器昂貴、體積笨重、操作復雜。因此，發(fā)展一種高靈敏、準確可靠且簡單的現(xiàn)場快速檢測儀器和方法，提高相關市場監(jiān)管部門的現(xiàn)場應急能力具有非常重要的現(xiàn)實意義。

拉曼光譜(Raman spectra)是由印度科學家C.V.拉曼(Raman)發(fā)現(xiàn)的散射光譜，即當光子照射到樣品的分子中，發(fā)生非彈性碰撞、散色光子的頻率和方向同時發(fā)生改變的現(xiàn)象[7]。拉曼光譜屬于光譜分析手段的一種，其發(fā)展基礎為散射效應，也稱之為拉曼效應。拉曼光譜能夠提供分子的指紋信息數(shù)據(jù)，它是對物質定性的重要光譜技術之一[8]。近20年，納米技術的快速發(fā)展為拉曼光譜檢測提供了新的方向。實驗表明，當納米顆粒在一定尺寸形狀條件下，將其作為表面增強拉曼的基底，可使與之吸附的目標分子的拉曼散射信號得到極大的增強。通過物理、材料及化學領域研究人員的不懈努力，表面拉曼散射增強因子從最初的103～105提高到1014～1015，實現(xiàn)對單細胞、單分子的檢測[9-10]。因此，借助于表面增強作用，實現(xiàn)對物質相關結構數(shù)據(jù)在分子層面的分析處理，應用前景甚佳[11]。

本文中，筆者提出了一種基于手持式拉曼光譜儀的快速檢測方案，作為一種對飲用水中硫化物的預檢篩查手段，檢測步驟非常簡單，耗時較短，可以大大縮短相關職能部門的抽檢時間，提高工作效率。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

N,N-二乙基對苯二胺鹽酸鹽(DPD)、硫酸、鹽酸、六水合三氯化鐵、NaCl等試驗中所用試劑皆為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；四氯金酸三水合物(HAuCl4·3H2O)、檸檬酸鈉三鈉，美國Sigma公司；硫化物標準品，北京壇墨質檢科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

50 Conc紫外可見分光光度計，澳大利亞VARIAN公司；ZD-RM-S型拉曼光譜檢測儀，無錫中德伯爾生物技術有限公司；JEM-2100透射電鏡，日本JEOL。

1.3 方法

待檢樣本5 mL經0.45 μm無機針頭過濾器過濾除去沉淀物后，加入100 μL衍生化試劑(DPD和FeCl3混合液)混勻。拉曼檢測器皿中加入100 μL經衍生化后的待測樣本液，100 μL增強基底，50 μL促凝劑，混勻后進行拉曼測試。

1.3.1 衍生化試劑的配制

衍生化試劑為DPD溶液和FeCl3溶液的混合物。先配制DPD硫酸溶液或者鹽酸溶液，DPD硫酸溶液配制方法：取25 mL濃H2SO4緩慢地加入到75 mL蒸餾水中，放冷后定容到100 mL。然后稱取0.75 g DPD鹽酸鹽溶于其中?；蛘叻Q取0.75 g DPD鹽酸鹽加入到100 mL 6 mol/L HCl溶液中，再配制1 g/mL的FeCl3溶液，稱取100 g FeCl3·6H2O溶于100 mL蒸餾水中。臨用時將DPD硫酸溶液或者鹽酸溶液和FeCl3溶液按照體積比20∶1混勻即為衍生化試劑。

1.3.2 增強試劑及促凝劑的配制

利用經典的檸檬酸鈉還原HAuCl4的方法合成而得納米金溶膠[12]。取100 mL 0.01%氯金酸水溶液加熱至沸騰，劇烈攪拌下準確加入0.82 mL 1%檸檬酸三鈉(Na3C6H5O7)水溶液，金黃色的氯金酸水溶液在2 min內變?yōu)榧t色，繼續(xù)煮沸15 min，冷卻后用蒸餾水補加到100 mL。

促凝劑金溶膠的促凝劑。稱取5.85 g NaCl，溶于100 mL水中，搖勻。

1.3.3 儀器參數(shù)

文中的SERS譜圖均在無錫中德伯爾生物技術有限公司ZD-RM-S拉曼光譜儀上完成，項目測試時該儀器的激光波長為785 nm，功率100 mW，譜圖積分時間500 ms。

2 結果與討論

2.1 衍生化結果

硫化物中的S2-在酸性條件下與DPD以及FeCl3作用，生成的衍生化產物為亞甲基藍類化合物[11]，所述硫化物與衍生化試劑的反應式為

該步衍生化試驗的反應溫度及時間對衍生結果影響并不大，不屬于關鍵步驟，早期有許多研究報道[13-14]，在此不再對其進行分析。

2.2 增強試劑

2.2.1 紫外-可見吸收光譜

將增強試劑進行紫外-可見掃描光譜鑒定，在350～600 nm波長范圍內檢測其特征吸收峰，結果如圖1所示。由圖1可知，增強試劑在539 nm處有最大吸收。

圖1 增強試劑紫外-可見吸收譜圖

2.2.2 透射電鏡

對增強試劑滴加在銅網上得到的透射電鏡圖進行分析，結果如圖2所示。由圖2可知，增強試劑尺寸大概為55 nm。

圖2 增強試劑(金納米粒子)的透射電鏡圖

2.3 檢測結果分析

圖3給出了不同濃度硫化物的SERS譜圖，單次測試時長約5 min。

圖3 硫化物(亞甲藍類衍生物)表面拉曼增強試劑譜圖

由圖3可知，加入衍生化試劑后，引入了新的化學物質，在增強劑的作用下也會產生較強的拉曼信號?？梢源_認453 cm-1和458 cm-1主要歸功于硫化物衍生后的亞甲藍化合物中C—N—C的不同振動模式的貢獻。從圖3中可以觀察到，當飲用水中不含有硫化物時，453 cm-1處無明顯特征峰；低于0.02 mg/L(選用1/2檢測限即0.01 mg/L)時在453 cm-1處雖然有微弱的拉曼信號，但是483 cm-1處卻沒有明顯特征峰，所以采用453 cm-1和483 cm-1兩處拉曼信號作為檢測硫化物的特征峰。當飲用水中硫化物質量濃度達到0.02 mg/L甚至更高時，在453 cm-1和483 cm-1兩處，同時出現(xiàn)拉曼信號，由此可以得出檢測限為0.02 mg/L。

在實際應用過程中，筆者試圖做定量檢測，以便能計算出樣品加標的回收率，但是沒有成功。研究發(fā)現(xiàn)隨著硫化物濃度增大，拉曼的信號響應并沒有呈線性增大，原因來源于儀器及增強基底兩方面。儀器方面：兩臺拉曼儀器之間，采用的光譜儀、拉曼探頭、光纖接頭、激光焦點落在樣品池的位置等都會造成信號強度的不一?；追矫妫涸谥苽湓鰪娀讜r由于加熱溫度、攪拌速度、添加檸檬酸三鈉快慢均會導致納米金顆粒的粒徑不同，從而導致每批基底的增強效果不同，即增強因子不同。對于同一批次基底，又由于存放的時間不同，顯現(xiàn)的增強效果也不同。綜上所有原因，筆者只能將水中硫化物檢測做成定性檢測。

3 結論

建立了一種基于表面增強拉曼光譜的硫化物快速檢測的方法，該方法檢測限為0.02 mg/L，此檢測方法步驟簡單、選擇性好、無需考慮樣品的采集和保存的問題，不需要大型儀器。使用拉曼光譜檢測，方法相對簡單、快捷。通過使用金納米粒子溶膠和待測物，進行快速拉曼測定。