《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：High-sensitive detection of Heritage Lakes via TLC-SERS Optochemical coupling
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作者：张蓓|孙向宇|毛华明|贝亚特丽斯·坎帕内拉|斯特凡诺·莱尼亚奥利|尤瑞阳|吴志敏|贾宏|陈志|杨宏伟|邱建北
中国昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明650093。
摘要
分析历史文物中的有机染料对于理解古代艺术技术和保护方法至关重要。然而，这些染料的准确鉴定仍然具有
作者：张蓓|孙向宇|毛华明|贝亚特丽斯·坎帕内拉|斯特凡诺·莱尼亚奥利|尤瑞阳|吴志敏|贾宏|陈志|杨宏伟|邱建北
中国昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明650093。
摘要
分析历史文物中的有机染料对于理解古代艺术技术和保护方法至关重要。然而，这些染料的准确鉴定仍然具有挑战性，因为艺术品中的染料成分通常非常复杂，在某些光谱分析技术（尤其是传统的拉曼光谱技术）下，它们的发色分子经常产生强烈的荧光背景，从而掩盖了所需的拉曼信号。为了克服这一限制，将薄层色谱（TLC）与表面增强拉曼散射（SERS）光化学耦合，建立了一种用于分析复杂有机染料的集成分离和鉴定方法。该策略被应用于从古代挂毯中提取的蒽醌基红色湖色素的研究。色谱分离步骤有效减少了样品中多种成分共存引起的光谱干扰，从而实现了结构相似染料物种的空间分离。随后，引入了银纳米颗粒以增强发色团周围的局部电磁场。拉曼信号被放大了几个数量级，使得能够获得清晰且可可靠分配的振动指纹。实验结果表明，TLC–SERS方法能够可靠地鉴定真实历史纺织品样品中的蒽醌染料，为文化遗产保护和修复领域的相关染料鉴定提供了一种有效的实验策略。
引言
历史和考古遗迹是最重要但也是最脆弱的文化遗产载体之一[1]。自史前时代以来，有机染料被广泛用于绘画、纺织品和手稿中。这些染料的鉴定可以为年代测定、真实性验证和材料来源提供关键信息，对保护和修复工作至关重要[2]、[3]。在古代染料中，基于蒽醌的红色湖色素因其分析复杂性而特别值得关注[4]。传统的分析方法通常包括溶剂萃取，然后进行色谱分离，并与参考数据库进行比较[5]。高效液相色谱（HPLC）由于其高分离效率和灵敏度，仍然是分析蒽醌的最可靠技术之一。然而，这些方法本质上是破坏性的，并且严重依赖于萃取效率。最近，非破坏性的光谱技术作为替代方法出现，其中拉曼光谱因其能够原位探测材料而脱颖而出[1]、[6]、[7]。
SERS源于电磁辐射与金属纳米结构之间的相互作用，导致局部表面等离子体共振（LSPR）效应，产生强烈的电磁“热点”[8]、[9]、[10]。这些热点区域的电磁场显著增强，从而降低了检测阈值，实现了痕量甚至单分子的灵敏度。这使得SERS成为化学传感、生物界面研究[11]、[12]、痕量分析[13]、[14]和催化机制研究[7]、[15]中的有价值分析工具。然而，SERS光谱通常代表来自混合分析物的复合信号，这阻碍了准确的组分特异性鉴定[16]。
相比之下，薄层色谱（TLC）提供了一种基于极性差异分离染料混合物的简单方法。因此，TLC-SERS已广泛应用于多个领域，包括快速筛查食品中的污染物（如添加剂和掺假物[17]、[18]、[19]）、农产品中的农药残留鉴定[20]，以及环境监测和传感器开发中的高灵敏度化学传感[21]、[22]。由于其能够高灵敏度分析复杂混合物，TLC-SERS在文化遗产科学领域也受到了越来越多的关注，用于鉴定艺术品和纺织品中的有机着色剂和历史染料。然而，历史染料系统通常由具有相似分子结构和色谱行为的多种化学相关组分组成，这大大增加了可靠分离和鉴定的难度。先前的研究表明，如茜素和紫素等化合物在TLC板上通常表现出高度相似的色谱迁移行为，导致部分斑点重叠和视觉区分不明确[23]。这种不足的色谱分辨率会进一步复杂化后续的SERS鉴定，因为从部分重叠区域收集的拉曼信号可能包含来自多种染料组分的混合光谱贡献。因此，提高TLC-SERS对密切相关的染料物种的空间分离能力仍然是分析历史有机着色剂的重要问题。在这项工作中，我们开发了一种改进的TLC-SERS光化学耦合策略，用于区分和原位鉴定历史纺织品中结构相似的蒽醌基红色湖色素[23]、[24]。与以往主要依赖于部分斑点重叠分析、直接SERS鉴别或视觉TLC检查的研究不同，所提出的方法能够更清晰地分离高度相似的蒽醌化合物（如茜素和紫素），同时进一步改进了基于SERS的分子级鉴定。通过结合TLC预分离和原位SERS分析，该方法有效减少了直接SERS测量中常见的信号干扰和竞争性吸附效应，从而提高了分析复杂遗产染料系统的可靠性和选择性。该策略将色谱分离与等离子体增强光谱检测集成在一个平台上，将化学分离能力与局部光学信号放大相结合，实现了对复杂系统的灵敏和选择性原位分析[25]、[26]、[27]。尽管这种方法本质上是微破坏性的，但它比传统的基于HPLC的方法具有几个实际优势，包括更简单的仪器、更低的成本、更少的溶剂消耗和更短的分析时间。利用这种方法，我们在几幅历史挂毯中实现了高度选择性和可靠的有机染料鉴定，包括《巴黎向普里阿摩斯和赫库芭献上海伦》和《为波莫娜女神献祭》。这些结果突显了所提出方法在保护科学中的强大潜力，实现了文化遗产对象中着色剂的可靠微破坏性分子鉴定。
章节片段
试剂和材料
蒽醌染料的提取和分析使用了以下试剂：超纯去离子水（Elga Purelab-UV系统，Veolia Environment，法国）、丙酮（HPLC级，≥99.8%）、草酸、甲醇（LC/MS级，Sigma-Aldrich，美国）和甲酸（LC/MS级，≥99.0%，Sigma-Aldrich）。银纳米颗粒（Ag NPs）由硝酸银（AgNO?，≥99.8%，Merck）和三钠柠檬酸二水合物（ACS试剂，≥99.0%）合成。
用于湖色素分析的TLC板为
结果与讨论
历史样品中发现的红色湖色素通常由无机金属基质和结构密切相关的蒽醌衍生物组成，主要是茜素（1,2-二羟基蒽醌）和紫素（1,2,4-三羟基蒽醌）。由于羟基的数量和位置排列存在细微差异，使用传统分析技术可靠地区分这些化合物仍然具有挑战性。在之前的报告中，SERS仅
结论
总之，这项研究表明，改进的TLC–SERS技术为文化遗产材料中蒽醌基染料的鉴定提供了一种有效且可靠的分析方法。通过将色谱分离与等离子体增强光谱检测相结合，该方法能够区分和原位鉴定结构相似的化合物，如茜素和紫素，解决了分析复杂历史染料的关键挑战
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢比萨大学的Ilaria Degano教授提供样品的HPLC-DAD成分分析数据，以及“La Venaria Reale”保护与修复中心（CCR）在提供样品材料方面的宝贵支持。
资助
本工作得到了中国国家自然科学基金- 云南联合基金（项目编号U2241236）、中国国家自然科学基金（项目编号62475244、52473262）、云南省重大科技项目（项目编号202202AG050016）、云南省星电人才支持计划—青年人才项目（项目编号CG25111F259A）、云南省贵金属实验室以及发光材料与器件国家重点实验室开放基金的支持
