一種表面增強拉曼光譜測定果蔬氣態氛圍中乙烯的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種控壓氣體采樣裝置與表面增強拉曼光譜（Surface-enhanced Raman scattering，SERS)技術聯用快速檢測復雜果蔬樣品氣態氛圍中乙稀的方法，屬于新 方法研宄領域。
【背景技術】
[0002] 采用合理的氣體采樣裝置，可提高裝置便捷度及痕量分析方法的重現性、準確度、 精密度。氣體采樣裝置按照采樣的方式可分為兩種采樣裝置模式：流動式采樣、靜態采樣。
[0003] 流動式采樣裝置是采用連續的流動的惰性氣體（本案中指不與乙烯及萃取液反 應的氣體，如高純氮氣、氦氣）不斷經過待測樣品，將樣品基質中的揮發性組分"吹掃"至頂 空相中，隨后待測揮發性組分由惰性氣體推動至捕集器，并被捕集器內的吸附劑捕集或采 用低溫冷阱捕集，例如吹掃-捕集裝置、動態頂空裝置。待測組分經捕集后，可通過合適的 方法解吸后進行分析檢測。流動式采樣裝置不僅可適用于揮發性高的待測組分，對于半揮 發性組分也同樣適用，此外，通過"吹掃"的方式可提高采樣容量，繼而提高分析方法的靈敏 度。然而，由于待測組分是被動地由氣流帶出樣品，所測得的組分含量高于樣品實際靜態揮 發時的含量，分析結果難以反映樣品的實際狀態。
[0004] 靜態采樣裝置通常是將樣品放置于定體積的采樣瓶內，待樣品中的揮發性物質在 瓶內氣相與樣品固相間達到分配平衡時，采集瓶內氣相中的待測組分。采集瓶內待測組分 的方法有多種模式，如采用氣密性氣體取樣針直接進樣等。當復雜樣品中待測組分含量較 低時，以上的采樣模式需要配置大體積的氣體進樣針，通過大體積的氣體進樣達到痕量分 析的靈敏度的要求，然而，進樣體積過大容易引起分析檢測器的穩定性變差、檢測分辨率降 低，使得檢測準確度受影響。
[0005] 表面增強拉曼（SERS)是一種快速、易于實現現場檢測的分析技術。然而，由于實 際樣品中氣體分子含量低、結構簡單、背景干擾因素多等，SERS難以直接應用于實際樣品中 的痕量氣體分析。乙烯分子結構簡單、分子量小，僅含兩個碳原子和四個氫原子，官能團少 (僅含一個不飽和碳碳雙鍵）。然而在整個植物生長過程中，包括萌芽、果實成熟、植物衰 老、枝葉的脫落過程，乙烯均具有重要的調控作用。由于乙烯對絕大多數果蔬均具有催熟作 用，因此，在果蔬儲存的過程中控制乙烯的含量對果蔬新鮮度的調控具有重要作用。目前， 乙烯的常用檢測手段為色譜法、電化學傳感器法、光譜法。色譜法分離度高，但設備復雜，不 適宜現場分析；電化學傳感器法穩定性差，且易受濕度、溫度等因素干擾，分析準確度較低； 傳統光譜法穩定性較差、靈敏度較低。研制新型的采樣裝置，實現與表面增強拉曼檢測技術 聯用，通過衍生化反應將氣體分子轉化為液態分析物，可集合合理高效的氣體采樣與快速 檢測的優勢，實現果蔬氣態氛圍中乙烯的選擇性快速定量分析。

【發明內容】

[0006] 本發明旨在針對痕量氣體的采樣合理性及氣體分子的擴散性強、含量低等因素造 成表面增強拉曼快檢技術難以應用于實際樣品的氣體檢測的問題，設計一種控壓氣體采樣 裝置-表面增強拉曼聯用快速檢測系統，采用控壓氣體采樣裝置，解決采樣過程中氣壓、氣 流對采樣合理性、采樣代表性的影響；通過衍生化反應減少了檢測過程中的干擾因素并提 高了檢測過程的操作簡便度，實現了表面增強拉曼快速檢測技術在復雜基質中的痕量氣體 分析物分析中的應用。該方法簡便快捷，選擇性好，靈敏度和準確度高，適用于果蔬樣品氣 態氛圍中乙烯含量的測定。
[0007] 本發明的目的，是通過以下技術方案實現的：
[0008] -種表面增強拉曼光譜測定果蔬氣態氛圍中乙烯的方法，利用稀釋氣對采樣袋中 的樣品進行采樣，并使采集到的乙烯與萃取液反應，將獲得的萃取反應液與衍生化試劑進 行衍生化反應后，再由表面增強拉曼檢測裝置進行檢測。
[0009] 進一步地，所述萃取液為溴的四氯化碳溶液中加入少量乙醇及水。
[0010] 進一步地，所述衍生化試劑為硫脲的乙醇溶液。
[0011] 進一步地，所述采樣步驟通過一個控壓氣體采樣裝置完成，所述控壓氣體采樣裝 置包括一個采樣缸、氣體采樣袋、萃取瓶和采樣泵，所述氣體采樣袋置于采樣缸內部，可以 容納待測物或樣品，所述采樣缸設有一個進氣口及一個出氣口，并與氣體采樣袋連通，所述 出氣口與萃取瓶相連，所述采樣泵分別與萃取瓶和進氣口相連，形成密閉的采樣流路。其檢 測原理為：所述的控壓采樣裝置包括兩個狀態，包括制氣狀態（a)和采樣狀態（b)，所述的 控壓采樣裝置處于制氣狀態（a)時，首先出氣口密封，進氣口與采樣泵相連，抽空采樣袋內 的空氣；進氣口密封，出氣口通入高純氮氣；密封出氣口，從進氣口以氣體進樣針注入一定 量標氣；從出氣口通入高純氮氣加速標氣平衡，密封出氣口；當所述控壓采樣裝置處于采 樣狀態（b)時，密封進氣口，出氣口以聚四氟乙烯管路與置于渦旋混合器中的萃取瓶相連， 萃取瓶與電子流量計相連，電子流量計與采樣泵相連，形成密閉的采樣流路。所述的控壓采 樣裝置采樣結束后，取萃取反應液與衍生液混合發生衍生化反應，取衍生反應液進行表面 增強拉曼快速檢測。
[0012] 進一步地，所述控壓氣體采樣裝置，通過控制抽空控壓采樣袋空氣再通入恒定體 積的稀釋氣來控制采樣袋內的氣體體積；通過在進氣口以氣密性的氣體采樣針注入恒定體 積的待測標準氣體，再通入高純氮氣加速標氣平衡過程；通過調控采樣泵的采樣流速及采 樣時間控制采樣量。
[0013] 進一步地，所述控壓氣體采樣裝置還包括一個電子流量計和一個洗氣瓶，所述電 子流量計能準確監測流路系統的氣體流量變化；所述洗氣瓶設置與萃取瓶出氣端，將采樣 過程中萃取液揮發的有害物質捕集于洗氣瓶內的溶液中，防止后續器件的污染；所述萃取 瓶設置于渦旋震蕩器內。
[0014] 進一步地，所述的表面增強拉曼光譜測定果蔬氣態氛圍中乙烯的方法，包括以下 步驟：
[0015] 第一步，控壓采樣裝置處于制氣狀態（a)，通入稀釋氣，制備一定濃度的乙烯標準 氣體；
[0016] 第二步，取一定體積萃取液于萃取瓶內，控壓采樣裝置處于采樣狀態（b)，控制恒 定流速下將采樣袋內的標氣抽取至萃取瓶中進行采樣；
[0017] 第三步，取萃取瓶內萃取液與衍生化試劑混合發生衍生化反應；
[0018] 第四步，取少量反應液于硅片上，揮干溶劑后，加入少量增強粒子，充分混合均勻 后，進行表面增強拉曼檢測；
[0019] 第五步，調整乙烯標氣濃度，重復步驟一~步驟四，繪制出不同含量乙烯所對應的 表面增強拉曼光譜圖；
[0020] 第六步，測量不同含量乙烯所對應的特征定量拉曼光譜峰峰面積，與所測濃度繪 制標準曲線；
[0021] 第七步，將實際樣品放于控壓采樣裝置采樣袋內，按照上述第一步至第四步的操 作繪制出實際樣品對應的表面增強拉曼光譜圖；
[0022] 第八步，測量實際樣品的特征定量拉曼光譜峰峰面積，根據第六步中的標準曲線 計算待測樣品的待測分析物濃度。
[0023] 進一步地，所述步驟四中，取反應液于硅片上，通過揮干反應液有機溶劑，減少反 應液中復雜揮發物成分對檢測的干擾；所述增強粒子為金納米粒子溶膠或Au/Si0 2，其中 Au/Si02為金納米粒子表面包被了二氧化娃殼的核殼式結構。
[0024] 進一步地，步驟一中所述稀釋氣為高純的氮氣或其他不與乙烯及萃取液反應的氣 體。
[0025] 通過上述步驟可以發現，本發明基于待測氣體分析物的特異性衍生化反應，采用 SERS增強基底，結合控壓采樣裝置及便攜SERS分析技術，構建了實際樣品氣態氛圍中