表面增强拉曼散射光谱快速检测纺织品还原液中联苯胺
唐晓萍等
摘要 采用表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术建立了纺织品还原液中联苯胺的测定方法。纺织样品中的偶氮染料用柠檬酸缓冲盐提取后，加入连二亚硫酸钠水溶液将提取液中的偶氮染料还原，然后用表面增强拉曼散射光谱法直接测定还原液中的联苯胺。在金溶胶、凝聚剂、样品溶液的体积比为9∶1∶1、pH=6的实验条件下，测定了含有联苯胺的阳性样品，并采用在不同纺织样品中添加联苯胺标准溶液的方法来考察不同基质对测定的影响。结果表明，联苯胺的检出限为2.0×104 μg/kg，在低浓度下，基质对联苯胺的测定有一定影响。
关键词；表面增强激光拉曼光谱； 纺织品；联苯胺； 禁用偶氮染料
1引言
表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术具有检测速度快、检测限低，不用或少用有机试剂的特点，被广泛用于分析化学、生物科学、表面界面，以及交叉学科领域的研究中，受到了人们的广泛关注，已用于农药残留、多环芳烃、三聚氰胺、邻苯二甲酸酯增塑剂、芳香胺等物质的检测 [1～7]。
偶氮染料是目前最重要的一类合成染料，被广泛用于纺织品、皮革等的染色。但某些偶氮染料染色的服装与人体皮肤长期接触后，可还原出致癌芳香胺，联苯胺便是其中之一。目前，纺织品中致癌芳香胺的检测方法复杂、耗时，需要使用大量有机溶剂[8]。将SERS应用于纺织品中芳香胺的检测，将有效提高检测速度，降低检测成本，减少污染。目前，有关SERS的研究 [6，7]多为水溶液中芳香胺的检测，未见纺织品中芳香胺的检测报道。
本研究采用SERS测定纺织品还原液中的联苯胺，方法简单、快速、不使用有机溶剂，检出限为2.0×104μg/kg。
2实验部分
2.1仪器与试剂
便携式拉曼光谱仪（中检国研（北京）科技有限公司研制），激发光源为785 nm，光谱扫描范围300～3000 cm
Symbolm@@ 1，分辨率小于13 cm
Symbolm@@ 1，环境温度10 ～40℃，积分时间为10 s，激光功率为300 mW。
恒温水浴振荡器： 37℃±2℃，60次/min。
联苯胺标准品（Dr. Ehrenstorfer GmbH（德国））；甲醇（HPLC级，Fisher公司）：柠檬酸、连二亚硫酸钠、NaOH（上海国药集团）。参照文献[9]制备金溶胶，凝聚剂为0.55 mol/L NaCl，超纯水来自MilliQ纯水系统。
2.2实验方法
2.2.1试剂配制柠檬酸盐缓冲液：取12.526 g柠檬酸和6.320 gNaOH溶于水中，用水定容至1000 mL，pH=6；200 mg/mL连二亚硫酸钠溶液：临用时取固体连二亚硫酸钠新鲜配制；1000 μg/mL联苯胺标准溶液：准确称取标准品，用甲醇配制成1000 μg/mL标准储备液，使用时再逐级稀释成合适浓度的标准工作液。
2.2.2样品前处理
将布料剪成5mm×5mm碎片，混匀，称取1g试样，准确至0.01g，置于具塞三角烧瓶中，加入17 mL预热到（70±2）℃的柠檬酸盐缓冲溶液，密闭。用力振摇后， 在（70±2）℃的水浴中保温30 min。打开三角烧瓶，加入3.0 mL连二亚硫酸钠溶液，并立即密闭振摇，将三角烧瓶再置于（70±2）℃的水浴中保温30 min，取出后2 min内冷却到室温，溶液通过0.22 μm聚四氟乙烯薄膜过滤后测试。
2.2.3测试金溶胶、凝聚剂、样品溶液按照体积比9∶1∶1的比例混合后，在设定的仪器最佳工作条件下，测定混合溶液中联苯胺的拉曼光谱，根据特征峰判断溶液中是否含联苯胺。
3结果与讨论
3.1增强试剂及比例的选取
增强试剂主要是纳米溶胶和凝聚剂。纳米溶胶的种类及其与凝聚剂、样品溶液的比例对测定有影响。为选择最佳增强试剂及其比例，先用空白溶液（柠檬酸盐缓冲液和连二亚硫酸钠溶液，按照体积比17∶3混合）代替样品溶液进行SERS测定。
选择常用的金溶胶和银溶胶进行考察，试剂比例（体积比）分别为：银溶胶：凝聚剂：空白溶液为1∶1∶4和金溶胶：凝聚剂：空白溶液为9∶1∶1，结果见图1（a、c）。当金溶胶、凝聚剂、空白溶液的比例为9∶1∶1 时，空白溶液的SERS光谱峰较多且基线较高（图1a）；而当银溶胶、凝聚剂、空白溶液的比例为1∶1∶4时，空白溶液的SERS光谱峰较少且基线位置低（图1c）。理论上，空白溶液的SERS谱图中，峰的数量越少、峰的强度越小、基线越低，越有利于样品的检测。因此，似乎应该选择银溶胶、凝聚剂、空白溶液的体积比为1∶1∶4进行实验较为合适。
3.2测试酸度的影响
按照样品前处理方法处理空白溶液，用HCl或NaOH将处理后的空白溶液（pH 6）调节至pH 3.5， 7.0， 9.0， 9.5和11.0后，加入联苯胺标准溶液，按照设定的试验条件进行测定。结果见图
3.3阳性样品的检测
将含有联苯胺的阳性样品，按照前处理方法进行处理后测定。样品1～4中联苯胺的含量分别为277， 97.3， 56.5和22.1 mg/kg。从图3可见，这4个样品中都检测到了联苯胺的特征峰。
联苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 277； 97.3； （c） 56.5； （d） 22.1。
3.4干扰情况
为考察不同样品基质对测定的影响，分别选择了锦纶布、腈纶/粘胶/聚酯纤维布、棉布（麻黑色牛仔布）等不同材质、不含联苯胺的纺织品，按照样品前处理方法处理后，在样液中添加浓度分别为：4.0， 20和200 mg/kg的联苯胺标准溶液，然后测定，结果见图4
联苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 0； （b） 4.0； （c） 20； （d） 200.
从锦纶布的测定结果（图4）可见，锦纶布中不含联苯胺（图4a）；当在样液中添加浓度为4.0 mg/kg 联苯胺时，在（831±5）cm
Symbolm@@ 1、（1280±5）cm处出现微小的特征峰（图4b），当添加的联苯胺浓度为20 mg/kg和2.0×105 μ m/kg 时，SERS谱中有很明显的特征峰（图4c和4d）。
当在腈纶/粘胶/聚酯纤维混纺布和棉布（麻黑色）的样液中，添加浓度为4.0 mg/kg的联苯胺时，测得的SERS谱图（图5b和图6b）与未添加联苯胺的样液的SERS谱（图5a和图6a）几乎一样，说明联苯胺浓度为4.0×103μg/kg时，这两种基质中不能检出联苯胺。当联苯胺的浓度增加到20和200 mg/kg 时，联苯胺的特征峰很明显（（图5c和5d， 图6c和6d）。由此可见，基质对联苯胺的测定是有影响的。对于联苯胺浓度高于20 mg/kg 的纺织品，这几种基质中都能检测到联苯胺的特征峰；而对于低浓度的联苯胺，尤其是浓度低于4.0 mg/kg 时，有的基质能够检测得到，有的基质则检测不到。
3.5方法检出限
根据图1b， 图3d和图4可知，当联苯胺的浓度为20 mg/kg 时，无论是阳性样品的测定，还是将联苯胺标准溶液加到空白溶液中进行测定，抑或是将联苯胺标准溶液加到阴性样品溶液中进行测定，都能检测到浓度为20 mg/kg的联苯胺。因此，本方法的检出限低于20 mg/kg。
3.6与国标方法的比较
国家标准GB/T 17592 《纺织品 禁用偶氮染料的测定》中，样品前处理方法除了本研究2.2节中所述的步骤以外，还需要萃取和浓缩。因此，国标方法前处理繁琐，检测时间长，需要大量有机溶剂。本方法简单，快速、环保，无需大量有机试剂，是一种值得进一步探讨的测定纺织品中禁用偶氮染料的方法。
4结 论
纺织样品中的偶氮染料用柠檬酸缓冲盐提取后，加入连二亚硫酸钠溶液，将纺织品提取液中的偶氮染料还原，然后用表面增强激光拉曼光谱直接测定还原液中的联苯胺，获得了纺织品还原液中联苯胺的拉曼光谱。本研究考察了增强试剂及其比例、样液酸度对测定的影响以及干扰情况。阳性样品的测定结果与日常检测测得结果吻合。方法的检出限为20 mg/kg。本方法不使用大量有机溶剂，不经过旋转蒸发和氮气吹干浓缩，操作简便快速。
References
1LI XiaoZhou， YU Zhuang， YANG TianYue， DING JianHua. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2013， 33（10）： 2711-2714
李晓舟， 于 壮， 杨天月， 丁建华. 光谱学与光谱分析， 2013， 33（10）： 2711-2714
2XIE YunFei， WANG Xu， RUAN WeiFong， SONG Wei， ZHAO Bing. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2011， 31（9）： 2319-2323
谢云飞， 王 旭， 阮伟东， 宋 薇， 赵 冰. 光谱学与光谱分析， 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， 靳丹红， 马品一， 金 月， 王兴华， 高德江， 宋大千. 现代科学仪器， 2013， （4） ： 62-67
4JI LiJun， XIE YunFei， YAO WeiRong. Science and Technology of Food Industry， 2012， 33（15）： 297-300
纪丽君， 谢云飞， 姚卫蓉. 食品工业科技， 2012， 33（15）： 297-300
5LUO ZhiXun， FANG Yan. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2006， 26（2）： 358-364
骆智训， 方 炎. 光谱学与光谱分析， 2006， 26（2）： 358-364
6QU LuLu， LI DaWei， ZHAI WenLei， LONG YiTao. Environmental Chemistry， 2011， 30（8）： 1486-1492
渠陆陆， 李大伟， 翟文磊， 龙亿涛. 环境化学， 2011， 30（8）： 1486-1492
7YANG YouMing. SERS Study of the Carcinogenic Azo Dyes， Doctoral Dissertation of JiLin University， 2012
杨有铭. 一类致癌性偶氮染料的SERS研究，吉林大学博士学位论文， 2012
8GB/T 17592， Textiles—Determination of the Banned Azo Colourants
纺织品 禁用偶氮染料的测定. 中华人民共和国国家标准. GB/T 17592
9GAO MinXia. Preparation and Characterization of Strong and Uniform SurfaceEnhanced Raman Spectroscopy Substrate， Master′s thesis of XiaMen University， 2007
高敏侠. 均匀的强表面增强拉曼光谱基底的制备及表征， 厦门大学硕士学位论文， 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）
摘要 采用表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术建立了纺织品还原液中联苯胺的测定方法。纺织样品中的偶氮染料用柠檬酸缓冲盐提取后，加入连二亚硫酸钠水溶液将提取液中的偶氮染料还原，然后用表面增强拉曼散射光谱法直接测定还原液中的联苯胺。在金溶胶、凝聚剂、样品溶液的体积比为9∶1∶1、pH=6的实验条件下，测定了含有联苯胺的阳性样品，并采用在不同纺织样品中添加联苯胺标准溶液的方法来考察不同基质对测定的影响。结果表明，联苯胺的检出限为2.0×104 μg/kg，在低浓度下，基质对联苯胺的测定有一定影响。
关键词；表面增强激光拉曼光谱； 纺织品；联苯胺； 禁用偶氮染料
1引言
表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术具有检测速度快、检测限低，不用或少用有机试剂的特点，被广泛用于分析化学、生物科学、表面界面，以及交叉学科领域的研究中，受到了人们的广泛关注，已用于农药残留、多环芳烃、三聚氰胺、邻苯二甲酸酯增塑剂、芳香胺等物质的检测 [1～7]。
偶氮染料是目前最重要的一类合成染料，被广泛用于纺织品、皮革等的染色。但某些偶氮染料染色的服装与人体皮肤长期接触后，可还原出致癌芳香胺，联苯胺便是其中之一。目前，纺织品中致癌芳香胺的检测方法复杂、耗时，需要使用大量有机溶剂[8]。将SERS应用于纺织品中芳香胺的检测，将有效提高检测速度，降低检测成本，减少污染。目前，有关SERS的研究 [6，7]多为水溶液中芳香胺的检测，未见纺织品中芳香胺的检测报道。
本研究采用SERS测定纺织品还原液中的联苯胺，方法简单、快速、不使用有机溶剂，检出限为2.0×104μg/kg。
2实验部分
2.1仪器与试剂
便携式拉曼光谱仪（中检国研（北京）科技有限公司研制），激发光源为785 nm，光谱扫描范围300～3000 cm
Symbolm@@ 1，分辨率小于13 cm
Symbolm@@ 1，环境温度10 ～40℃，积分时间为10 s，激光功率为300 mW。
恒温水浴振荡器： 37℃±2℃，60次/min。
联苯胺标准品（Dr. Ehrenstorfer GmbH（德国））；甲醇（HPLC级，Fisher公司）：柠檬酸、连二亚硫酸钠、NaOH（上海国药集团）。参照文献[9]制备金溶胶，凝聚剂为0.55 mol/L NaCl，超纯水来自MilliQ纯水系统。
2.2实验方法
2.2.1试剂配制柠檬酸盐缓冲液：取12.526 g柠檬酸和6.320 gNaOH溶于水中，用水定容至1000 mL，pH=6；200 mg/mL连二亚硫酸钠溶液：临用时取固体连二亚硫酸钠新鲜配制；1000 μg/mL联苯胺标准溶液：准确称取标准品，用甲醇配制成1000 μg/mL标准储备液，使用时再逐级稀释成合适浓度的标准工作液。
2.2.2样品前处理
将布料剪成5mm×5mm碎片，混匀，称取1g试样，准确至0.01g，置于具塞三角烧瓶中，加入17 mL预热到（70±2）℃的柠檬酸盐缓冲溶液，密闭。用力振摇后， 在（70±2）℃的水浴中保温30 min。打开三角烧瓶，加入3.0 mL连二亚硫酸钠溶液，并立即密闭振摇，将三角烧瓶再置于（70±2）℃的水浴中保温30 min，取出后2 min内冷却到室温，溶液通过0.22 μm聚四氟乙烯薄膜过滤后测试。
2.2.3测试金溶胶、凝聚剂、样品溶液按照体积比9∶1∶1的比例混合后，在设定的仪器最佳工作条件下，测定混合溶液中联苯胺的拉曼光谱，根据特征峰判断溶液中是否含联苯胺。
3结果与讨论
3.1增强试剂及比例的选取
增强试剂主要是纳米溶胶和凝聚剂。纳米溶胶的种类及其与凝聚剂、样品溶液的比例对测定有影响。为选择最佳增强试剂及其比例，先用空白溶液（柠檬酸盐缓冲液和连二亚硫酸钠溶液，按照体积比17∶3混合）代替样品溶液进行SERS测定。
选择常用的金溶胶和银溶胶进行考察，试剂比例（体积比）分别为：银溶胶：凝聚剂：空白溶液为1∶1∶4和金溶胶：凝聚剂：空白溶液为9∶1∶1，结果见图1（a、c）。当金溶胶、凝聚剂、空白溶液的比例为9∶1∶1 时，空白溶液的SERS光谱峰较多且基线较高（图1a）；而当银溶胶、凝聚剂、空白溶液的比例为1∶1∶4时，空白溶液的SERS光谱峰较少且基线位置低（图1c）。理论上，空白溶液的SERS谱图中，峰的数量越少、峰的强度越小、基线越低，越有利于样品的检测。因此，似乎应该选择银溶胶、凝聚剂、空白溶液的体积比为1∶1∶4进行实验较为合适。
3.2测试酸度的影响
按照样品前处理方法处理空白溶液，用HCl或NaOH将处理后的空白溶液（pH 6）调节至pH 3.5， 7.0， 9.0， 9.5和11.0后，加入联苯胺标准溶液，按照设定的试验条件进行测定。结果见图
3.3阳性样品的检测
将含有联苯胺的阳性样品，按照前处理方法进行处理后测定。样品1～4中联苯胺的含量分别为277， 97.3， 56.5和22.1 mg/kg。从图3可见，这4个样品中都检测到了联苯胺的特征峰。
联苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 277； 97.3； （c） 56.5； （d） 22.1。
3.4干扰情况
为考察不同样品基质对测定的影响，分别选择了锦纶布、腈纶/粘胶/聚酯纤维布、棉布（麻黑色牛仔布）等不同材质、不含联苯胺的纺织品，按照样品前处理方法处理后，在样液中添加浓度分别为：4.0， 20和200 mg/kg的联苯胺标准溶液，然后测定，结果见图4
联苯胺（Concent of Benzidine， mg/kg）： （a） 0； （b） 4.0； （c） 20； （d） 200.
从锦纶布的测定结果（图4）可见，锦纶布中不含联苯胺（图4a）；当在样液中添加浓度为4.0 mg/kg 联苯胺时，在（831±5）cm
Symbolm@@ 1、（1280±5）cm处出现微小的特征峰（图4b），当添加的联苯胺浓度为20 mg/kg和2.0×105 μ m/kg 时，SERS谱中有很明显的特征峰（图4c和4d）。
当在腈纶/粘胶/聚酯纤维混纺布和棉布（麻黑色）的样液中，添加浓度为4.0 mg/kg的联苯胺时，测得的SERS谱图（图5b和图6b）与未添加联苯胺的样液的SERS谱（图5a和图6a）几乎一样，说明联苯胺浓度为4.0×103μg/kg时，这两种基质中不能检出联苯胺。当联苯胺的浓度增加到20和200 mg/kg 时，联苯胺的特征峰很明显（（图5c和5d， 图6c和6d）。由此可见，基质对联苯胺的测定是有影响的。对于联苯胺浓度高于20 mg/kg 的纺织品，这几种基质中都能检测到联苯胺的特征峰；而对于低浓度的联苯胺，尤其是浓度低于4.0 mg/kg 时，有的基质能够检测得到，有的基质则检测不到。
3.5方法检出限
根据图1b， 图3d和图4可知，当联苯胺的浓度为20 mg/kg 时，无论是阳性样品的测定，还是将联苯胺标准溶液加到空白溶液中进行测定，抑或是将联苯胺标准溶液加到阴性样品溶液中进行测定，都能检测到浓度为20 mg/kg的联苯胺。因此，本方法的检出限低于20 mg/kg。
3.6与国标方法的比较
国家标准GB/T 17592 《纺织品 禁用偶氮染料的测定》中，样品前处理方法除了本研究2.2节中所述的步骤以外，还需要萃取和浓缩。因此，国标方法前处理繁琐，检测时间长，需要大量有机溶剂。本方法简单，快速、环保，无需大量有机试剂，是一种值得进一步探讨的测定纺织品中禁用偶氮染料的方法。
4结 论
纺织样品中的偶氮染料用柠檬酸缓冲盐提取后，加入连二亚硫酸钠溶液，将纺织品提取液中的偶氮染料还原，然后用表面增强激光拉曼光谱直接测定还原液中的联苯胺，获得了纺织品还原液中联苯胺的拉曼光谱。本研究考察了增强试剂及其比例、样液酸度对测定的影响以及干扰情况。阳性样品的测定结果与日常检测测得结果吻合。方法的检出限为20 mg/kg。本方法不使用大量有机溶剂，不经过旋转蒸发和氮气吹干浓缩，操作简便快速。
References
1LI XiaoZhou， YU Zhuang， YANG TianYue， DING JianHua. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2013， 33（10）： 2711-2714
李晓舟， 于 壮， 杨天月， 丁建华. 光谱学与光谱分析， 2013， 33（10）： 2711-2714
2XIE YunFei， WANG Xu， RUAN WeiFong， SONG Wei， ZHAO Bing. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2011， 31（9）： 2319-2323
谢云飞， 王 旭， 阮伟东， 宋 薇， 赵 冰. 光谱学与光谱分析， 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， 靳丹红， 马品一， 金 月， 王兴华， 高德江， 宋大千. 现代科学仪器， 2013， （4） ： 62-67
4JI LiJun， XIE YunFei， YAO WeiRong. Science and Technology of Food Industry， 2012， 33（15）： 297-300
纪丽君， 谢云飞， 姚卫蓉. 食品工业科技， 2012， 33（15）： 297-300
5LUO ZhiXun， FANG Yan. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2006， 26（2）： 358-364
骆智训， 方 炎. 光谱学与光谱分析， 2006， 26（2）： 358-364
6QU LuLu， LI DaWei， ZHAI WenLei， LONG YiTao. Environmental Chemistry， 2011， 30（8）： 1486-1492
渠陆陆， 李大伟， 翟文磊， 龙亿涛. 环境化学， 2011， 30（8）： 1486-1492
7YANG YouMing. SERS Study of the Carcinogenic Azo Dyes， Doctoral Dissertation of JiLin University， 2012
杨有铭. 一类致癌性偶氮染料的SERS研究，吉林大学博士学位论文， 2012
8GB/T 17592， Textiles—Determination of the Banned Azo Colourants
纺织品 禁用偶氮染料的测定. 中华人民共和国国家标准. GB/T 17592
9GAO MinXia. Preparation and Characterization of Strong and Uniform SurfaceEnhanced Raman Spectroscopy Substrate， Master′s thesis of XiaMen University， 2007
高敏侠. 均匀的强表面增强拉曼光谱基底的制备及表征， 厦门大学硕士学位论文， 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）
