New strategies for obtaining the SERS effect in organic solvents

Význam tématu

Integrace elektrochemie a povrchově zesíleného Ramanova rozptylu (EC-SERS) představuje vysoce citlivý nástroj pro in situ detekci molekulárních analýz. Zatímco klasické EC-SERS protokoly jsou omezené na vodné prostředí, rozšíření těchto metod do organických rozpouštědel umožňuje analýzu látek nerozpustných či nestabilních ve vodě, což je klíčové pro průmyslové i environmentální aplikace.

Cíle a přehled studie / článku

Studie má za cíl rozvinout a demonstrovat nové postupy elektrochemické aktivace zlata a stříbra pro získání SERS substrátů v organických médiích. V praxi je ověřena schopnost detekovat krystalovou violeť v acetonitrilu a fungicid mancozeb v DMSO.

Použitá metodika a instrumentace

Pro simultánní elektrochemické a Ramanovo měření byl použit přístroj SPELEC RAMAN (785 nm laser, bipotenciostat/galvanostat, spektrometr 785–1010 nm). Následující komponenty a podmínky:

• Pracovní elektrody: zlatá a stříbrná.
• Protipóly: ocelová elektroda, referenční Ag/AgCl.
• Spektroelectrochemická buňka pro konvenční elektrody.
• Podpůrné elektrolyty: 0,1 mol/L tetrabutylammonium hexafluorofosfát (TBA) v acetonitrilu nebo DMSO.
• Software: DropView SPELEC pro synchronizovaný záznam elektrochemických a optických dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Gold electrode – Crystal violet:

• Elektrochemická aktivace: oxidace Au povrchu (+1,80 V) následovaná redukcí (+1,03 V) při zpětném skenování.
• Optimální médium: acetonitril s 0,1 mol/L TBA.
• V experimentu CV sken od +0,70 V do +2,00 V a zpět na -0,60 V, maximální SERS signál při +0,20 V.
• Snížení koncentrace krystalové violeťe umožnilo detekci již 1 µmol/L na Ramanově pásu 1175 cm⁻¹.

Silver electrode – Mancozeb:

• Předběžné cykly pro aktivaci Ag povrchu (+0,60 V až -0,60 V) pětinásobně, detekce od druhého cyklu.
• Rozpouštědlo DMSO s 0,1 mol/L TBA, koncentrace mancozebu 0,5 mmol/L.
• Identifikace charakteristických Ramanových pásů mancozebu (240, 422, 463, 516, 560, 660, 912, 990, 1187, 1272, 1522, 1615 cm⁻¹).
• SERS signál stabilní od cyklu 2 do 5, dvě cykly postačují pro opakovatelnou detekci.

Přínosy a praktické využití metody

Navržené EC-SERS protokoly umožňují snadnou přípravu nanostrukturovaných elektrod v jednom experimentu bez komplikovaných chemických kroků. Metoda nabízí:

• Vysokou citlivost a selektivitu v organických médiích.
• Možnost analýzy látek nerozpustných ve vodě.
• Rychlou synchronizovanou elektrochemickou a optickou detekci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metodiky na další organická rozpouštědla, optimalizace podpůrných elektrolytů a integrace s mikrofluidními a automatizovanými systémy. Kombinace EC-SERS s jinými spektroskopickými technikami či přenosnými přístroji může zvýšit využitelnost v terénu a v procesní analytice.

Závěr

Studie prokázala, že elektrochemická aktivace zlatých a stříbrných elektrod v organických médiích generuje efektivní SERS substráty. Au elektroda detekovala krystalovou violeť až do 1 µmol/L v acetonitrilu, Ag elektroda spolehlivě odhalila fungicid mancozeb v DMSO. Navržený přístup rozšiřuje možnosti citlivé analýzy látek nerozpustných ve vodě.

Reference

1. González-Hernández J., Ott C. E., Arcos-Martínez M. J. et al. Rapid Determination of the ‘Legal Highs’ 4-MMC and 4-MEC by Spectroelectrochemistry: Simultaneous Cyclic Voltammetry and In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy. Sensors 2022, 22(1), 295.
2. Ibáñez D., González-García M. B., Hernández-Santos D., Fanjul-Bolado P. Detection of Dithiocarbamate, Chloronicotinyl and Organophosphate Pesticides by Electrochemical Activation of SERS Features of Screen-Printed Electrodes. Spectrochim. Acta A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2021, 248, 119174.