CN101518825B - 一种银纳米粒的制备方法和其对三聚氰胺的检测的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明是以硝酸银作为银的来源，苯胺作为稳定剂，二次蒸馏水作为反应溶剂，一锅反应制得苯胺修饰的银纳米粒，具体是：室温下，在水中加入AgNO3形成浓度为10-3～5×10-2mol/L的AgNO3水溶液，然后在搅拌下加入4～12mg NaBH4，搅拌1～5分钟，加入0.5～5mL 6mol/L的苯胺溶液，继续搅拌0.5～10小时，即得苯胺修饰的银纳米粒；苯胺溶液是由乙醇和水按体积比为1∶4配制而成。本发明工艺简便，可操作性好，一般实验室均有条件完成操作；所制备的苯胺修饰的银纳米粒可通过可视性的颜色变化实现对三聚氰胺的快速识别和检测，其检测限可达到国家标准值(1ppm)。
Description
技术领域
本发明涉及纳米光学领域，通过银纳米特殊光学性质，使苯胺修饰银纳米粒用做三聚氰胺比色传感器，广泛用于在分析检测工作。
背景技术
三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，微溶于水，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、吡啶等。常被用作化工原料，主要用于生产三聚氰胺-甲醛树脂，广泛用于木材加工、塑料、涂料、造纸、纺织、皮革，目前是重要的尿素后加工产品。此外三聚氰胺还可以作阻断剂、减水剂、甲醛清洗剂等。动物长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。
2008年中国婴幼儿奶粉污染事件再次将三聚氰胺的毒性引入公众视野。食品工业中主要通过凯氏定氮法测氮原子的含量来间接推算食品中蛋白质的含量。由于三聚氰胺与蛋白质相比含有更高的含氮量，所以被造假者利用，添加在食品中以造成食品蛋白质含量较高的假象。食用三聚氰胺污染奶粉，会导致婴儿中毒，罹患泌尿系统结石、肾衰竭。
目前对三聚氰胺的检测方法主要有超高效液相色谱-喷雾串联质谱法，反相高效液相色谱法，高效液相色谱-二极管阵列法，高效液相色谱法，固相萃取与高效液相色谱联用，液相色谱串联质谱法等，这些技术虽然灵敏又准确，但需对样品进行繁琐的处理，耗时、耗力，且所需仪器大都很昂贵，需要专业技术人员的操作和维护，成本高。因此在现场检测的应用中受到了很大的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有性能优异的表面修饰苯胺的银纳米粒，还提供该银纳米粒的简便可行的制备方法，同时提供该该银纳米粒用于快速和容易操作的检测三聚氰胺的方法。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的苯胺修饰银纳米粒(以下简称银纳米粒)，是以硝酸银作为银的来源，苯胺作为稳定剂，二次蒸馏水作为反应溶剂，一锅反应而制得。其具体制备方法是：室温下，在水中加入AgNO3形成浓度为10-3～5×10-2mol/L的AgNO3水溶液，然后在搅拌下加入4～12mg NaBH4，搅拌1～5分钟，加入0.5～5mL 6mol/L的苯胺溶液，继续搅拌0.5～10小时，即得苯胺修饰的银纳米粒。苯胺溶液由乙醇和水按体积比为1∶4配制而成。
所述的银纳米粒在水中有较好的单分散性，其共振吸收峰位在390～400nm，溶液颜色为亮黄色，粒径为3～20nm。
本发明提供的上述银纳米粒，利用该银纳米粒表面苯环与三聚氰胺中氨基的n-∏相互作用，得到三聚氰胺的比色传感器。由于所述的相互作用，可使银纳米粒发生聚集，从而表现出颜色和紫外吸收的变化，故用做检测三聚氰胺的传感器。
所述传感器在对水溶液中三聚氰胺的检测时采用以下方法：分别取1.50mL苯胺修饰的银纳米粒溶液，加入0.25mL 10-3～10-9mol/L三聚氰胺，混合均匀，静置一段时间后观察各组混合溶液的颜色变化，进行紫外-可见吸收光谱分析；然后，通过比对，加入三聚氰胺的苯胺修饰的银纳米的颜色发生明显的变化，并且随着三聚氰胺浓度的增加，颜色依次加深，溶液颜色从黄色变为红色以致墨绿色，紫外吸收峰发生明显的红移，其比色检测限为5×10-9mol/L。
所述传感器在对于奶粉中三聚氰胺的检测时采用以下方法：先将奶粉与三聚氰胺甲醇溶液混匀后进行过滤处理，再按上述对水溶液中三聚氰胺的检测方法进行检测。实验结果表明，三聚氰胺与奶粉的质量比在不小于1∶107的范围内，均可通过可视性颜色变化或紫外-可见光谱检测出来。
本发明具有以下优点：
(1)制备方法简便可行、工艺条件稳定、重现性好、所用试剂安全易得，通过简单的一锅法一步反应就得到表面功能化的银纳米粒。
(2)稳定、优良的光学性质：本银纳米粒单分散性良好，颗粒均匀。本纳米粒具有良好的稳定性，存放一个月后，其性能基本没有改变。
(3)抗干扰性好：本银纳米粒对三聚氰胺类似物及一些常见的阴、阳离子不发生可视性颜色变化和光学变化，从而实现了对三聚氰胺的选择性检测。由图2看出，仅有三聚氰胺使该银纳米粒的紫外吸收峰发生明显的变化，同时使溶液的颜色由黄色变为墨绿色。
(4)用于检测三聚氰胺：可通过明显颜色变化和紫外-可见光谱的变化对三聚氰胺进行识别，该方法简便快捷，易于操作。研究表明：银纳米粒的溶液颜色与其粒径大小及颗粒间距有关，当银纳米颗粒间距明显小于粒径，就容易发生团聚，并且发生颜色及一系列光学变化，宏观上溶液颜色由黄色变为红色或绿色。利用这一性质，在控制银纳米粒径的同时，结合各种表面改性方法，就可以设计出多种多样的银纳米传感器，从而实现对三聚氰胺的快捷、无干扰检测。
总之，本发明提供的方法工艺简便，可操作性好，一般实验室均有条件完成操作。所制备的银纳米粒可通过可视性的颜色变化实现对三聚氰胺的快速识别和检测，其检测限可达到国家标准值(1ppm)。
附图说明
图1为本发明苯胺修饰银纳米粒在在不同pH值环境下396nm处的紫外-可见吸收图；
图2为本发明分别加入浓度为10-4mol/L的三聚氰胺、三聚氰胺类似物及离子后，苯胺修饰银纳米粒在640nm和396nm处吸光度的比值(A650/A396)变化图；
图3为本发明加入不同浓度的三聚氰胺后，苯胺修饰银纳米粒的紫外-可见吸收图；
图4为本发明加入不同浓度的三聚氰胺后，苯胺修饰银纳米粒在640nm和396nm吸光度的比值(A650/A396)与三聚氰胺浓度的变化关系图；
图5为本发明加入不同质量比的三聚氰胺和奶粉的混合溶液后，苯胺修饰银纳米粒紫外-可见吸收图。
图6为本发明制备苯胺修饰的银纳米粒的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
一.苯胺修饰的银纳米粒的制备
本发明采用硼氢化钠还原法，即以硝酸银作为银的来源，苯胺作为稳定剂，二次蒸馏水作为反应溶剂，一锅反应制得苯胺修饰的银纳米粒，具体制备方法是：参见图6，室温下，在94mL水中，加入1mL 10-2mol/LAgNO3水溶液，在搅拌下加入4～12mg NaBH4，搅拌1～5分钟，加入0.5～5mL 6mol/L的苯胺水溶液，继续搅拌0.5小时即可。该银纳米粒的最大吸收峰位在396nm(见图3)，粒径约8nm，在pH＝3～10范围内性质不发生改变(见图1)。
二.苯胺修饰的银纳米粒对三聚氰胺的检测的应用
实施例1，苯胺修饰的银纳米粒对水溶液中三聚氰胺的检测：
0.25mL 10-4mol/L的三聚氰胺、三聚氰胺类似物及离子溶液分别加入到1.5mL苯胺修饰的银纳米粒溶液中，混合均匀，放置十分钟，进行紫外-可见吸收光谱分析，见图2，仅有三聚氰胺使本银纳米粒的紫外吸收峰发生明显的变化，同时使溶液的颜色由黄色变为墨绿色。由此可以看出，三聚氰胺类似物及常见的阴、阳离子均不会对三聚氰胺的检测产生干扰。图2中：0为参照物，1为4，6-二氯-5-氨基嘧啶，2为2，5-二氨基-4，6-二氯嘧啶，3为对苯二胺，4为间苯二胺，5为邻苯二胺，6为三聚氰胺，7为K+，8为Na+，9为Ca2+，10为Mg2+，11为Fe3+，12为H2PO4 -，13为CO3 2-，14为HCO3 -。
0.25mL不同浓度(10-3～10-9mol/L)的三聚氰胺溶液加入到1.5mL的苯胺修饰的银纳米粒中，混合均匀，5分钟后，三聚氰胺的浓度为5×10-9～10-7mol/L的溶液的颜色变为橙红色，三聚氰胺的浓度浓度大于10-7mol/L的溶液的颜色变为墨绿色。其比色检测限为5×10-9mol/L。10分钟后分别进行紫外-可见吸收光谱分析，其396nm处的吸收强度逐渐降低，峰形变宽，在640nm处逐渐出现一个新峰。图3为加入不同浓度的三聚氰胺后，苯胺修饰的银纳米粒的紫外-可见光谱图。三聚氰胺加入的浓度分别是：0，5×10-9，10-8，5×10-8，10-7，5×10-7，10-6，5×10-6，10-5，5×10-5，10-4mol/L。苯胺修饰银纳米粒在640nm和396nm处吸光度的比值(A650/A396)与三聚氰胺浓度的对数有较好的线性关系(见图4)。
实施例2，苯胺修饰的银纳米粒对奶粉中三聚氰胺的检测：
取20mg固体奶粉，加入2mL 0.1mg/mL的三聚氰胺甲醇溶液，充分震荡，必要时可在超声波清洗器中震荡5分钟，混合均匀，配成三聚氰胺与奶粉质量比为1∶102的混合液。按此方法依次配成三聚氰胺与奶粉质量比为1∶103、1∶104、1∶105、1∶106、1∶107的混合液。20mg固体奶粉加入2mL甲醇溶液作为参照。向上述混合液中加入0.025mL 1％的三氟乙酸的水溶液，混合均匀，用一砂型漏斗(内装1cm厚的柱层析用硅胶)过滤，用1mL的甲醇冲洗硅胶，收集滤液。取0.25mL不同质量比的滤液加入到1.5mL的苯胺修饰的银纳米粒溶液，混合均匀，5分钟后质量比不小于1∶106(1ppm)的溶液的颜色由黄色变为红色。质量比为1∶107(0.1ppm)的溶液的颜色由黄色变为橙色。10分钟后分别进行紫外-可见吸收光谱分析，其396nm处的吸收强度逐渐降低，峰形变宽，在大约530nm处逐渐出现一个新峰。分析结果见图5，其中a-g所表示的三聚氰胺与奶粉质量比分别为：0、1∶107、1∶106、1∶105、1∶104、1∶103、1∶102。
Claims (6)
1.一种银纳米粒的制备方法，其特征在于该方法是以硝酸银作为银的来源，苯胺作为稳定剂，二次蒸馏水作为反应溶剂，一锅反应制得苯胺修饰的银纳米粒，具体是：室温下，在水中加入AgNO3形成浓度为10-3～5×10-2mol/L的AgNO3水溶液，然后在搅拌下加入4～12mg NaBH4，搅拌1～5分钟，加入0.5～5mL 6mol/L的苯胺溶液，继续搅拌0.5～10小时，即得苯胺修饰的银纳米粒；苯胺溶液是由乙醇和水按体积比为1∶4配制而成。
2.根据权利要求1所述的银纳米粒的制备方法，其特征在于该银纳米粒在水中有较好的单分散性，其共振吸收峰位在390～400nm，溶液颜色为亮黄色，粒径为3～20nm。
3.一种根据权利要求1或2所述银纳米粒的用途，其特征在于该银纳米粒用做检测三聚氰胺的传感器。
4.根据权利要求3所述银纳米粒的用途，其特征在于所述传感器在对水溶液中三聚氰胺的检测时采用以下方法：分别取1.50mL苯胺修饰的银纳米粒溶液，加入0.25mL 10-3～10-9mol/L三聚氰胺水溶液，混合均匀，静置一段时间后观察各组混合溶液的颜色变化，进行紫外-可见吸收光谱分析；然后，通过比对，加入三聚氰胺的苯胺修饰的银纳米的颜色发生明显的变化，并且随着三聚氰胺浓度的增加，颜色依次加深，溶液颜色从黄色变为红色以致墨绿色，紫外吸收峰发生明显的红移，其比色检测限为5×10-9mol/L。
5.根据权利要求3所述银纳米粒的用途，其特征在于所述传感器在对于奶粉中三聚氰胺的检测时采用以下方法：先将奶粉与不同浓度的三聚氰胺的甲醇溶液混匀后进行过滤处理，再按以下方法检测：分别取1.50mL苯胺修饰的银纳米粒溶液，加入0.25mL滤液，混合均匀，静置一段时间后观察各组混合溶液的颜色变化，进行紫外-可见吸收光谱分析；然后，通过比对，含有三聚氰胺的滤液使苯胺修饰的银纳米的颜色从黄色变为红色，紫外吸收峰发生明显的红移。
6.根据权利要求5所述银纳米粒的用途，其特征在于：三聚氰胺与奶粉的质量比至少为1∶106。
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