CN103616363B - 以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种<b>以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法</b>，采用铜离子与金纳米团簇发生作用，导致金纳米团簇荧光猝灭，从而表现出荧光发射光谱的变化。F₅₃₀测定的线性范围为50~8000nmol/L，检测限为7.9nmol/L。本发明选择性高，重现性好，能够作为潜在分析方法应用于环境及生命科学体系中铜离子的高灵敏测定。

Description

以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法

技术领域

本发明涉及以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，属于分析化学和纳米技术领域。

背景技术

铜是人体必需的微量元素，广泛分布于生物组织中，大部分以有机复合物存在，很多是金属蛋白，以酶的形式起着功能作用，这些酶对于生命过程是至关重要的。研究表明，铜缺乏可引发各种疾病，但是铜浓度过高时也可导致不利健康的影响，如细胞毒性、肝脏和肾脏的损害和神经退行性疾病等。此外，铜也是环境中常见的重金属污染物之一。因此，建立准确且灵敏的铜离子的检测方法具有十分重要的意义。目前铜离子的测定多采用电化学法、萃取光度法、共振散射法、荧光法、原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法等。

金纳米团簇（goldnanoclusters,AuNCs）是一种新型的荧光纳米材料，由几个到几百个原子组成，尺寸接近于电子的费米波长（约0.7nm）。由于量子尺寸效应，金纳米团簇显示出独特的光学特性。荧光金纳米团簇具有尺寸小、无毒、水溶性好、光稳定性好、Stokes位移大、比表面积大、制备条件温和、表面易于修饰以及荧光性质随尺寸可调等突出优点，是近年来的研究热点，其已被广泛应用于催化、传感检测、纳米标记、医学成像和光电子学等领域。

本发明以甲硫氨酸保护的金纳米团簇作为荧光探针，提供了一种快速、简便、灵敏的铜离子检测新方法。

发明内容

本发明的目的是以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针，提供了一种快速、简便、灵敏的铜离子检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：本发明所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是利用铜离子与甲硫氨酸保护的金纳米团簇作用后荧光发射光谱特征的变化，来测定铜离子浓度。

本发明利用甲硫氨酸保护的金纳米团簇在530nm处的发射光强度值（F₅₃₀）以判断铜离子的浓度。

本发明所使用的甲硫氨酸保护的金纳米团簇采用甲硫氨酸还原氯金酸的方法制备：（1）在氯金酸溶液中加入浓度为0.02~0.16mol/L的甲硫氨酸溶液和浓度为0.2~0.9mol/L的氢氧化钠溶液，混匀后水浴反应0.01~8h，所得的水溶液加入硫酸溶液，室温离心，弃去上清液，用硫酸溶液清洗沉淀;（2）加入浓度为0.07~4.2wt%氨水溶液溶解步骤（1）所得的沉淀，混匀后在温度为20~100℃的水浴下反应0~50min，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。

所述的将金纳米团簇溶液和任一含有不同浓度的铜离子的磷酸盐缓冲溶液按体积比1:9混合，30℃反应0~120秒，测定F₅₃₀；F₅₃₀随铜离子浓度的增大而减小，在50~8000nmol/L范围内F₅₃₀的对数值与铜离子浓度呈线性关系，检测限为7.9nmol/L。

本发明所使用的甲硫氨酸保护的金纳米团簇采用甲硫氨酸还原氯金酸的方法制备：将4毫升浓度为0.1mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37℃水浴恒温反应6h，反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2min，弃去上清液，加入5毫升0.1mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次，加入1.4wt%的氨水溶液溶解清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70℃水浴恒温反应30min。

本发明以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值（F₅₃₀）。

本发明将金纳米团簇溶液和含有任一不同浓度的铜离子的浓度为0.01mol/L、pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液按体积比1:9混合，30℃反应1分钟，测定F₅₃₀以判断铜离子的浓度。

所述金纳米团簇溶液的体积和含有任一浓度的铜离子的磷酸盐缓冲溶液的体积之和为0.3mL。

本发明具体的制备方法为：

（一）金纳米团簇荧光材料的制备：

以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。金纳米团簇荧光材料的制备：4毫升浓度为0.1mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37℃水浴恒温反应6h。反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2min。弃去上清液，加入5毫升0.1mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次。加入1.4%的氨水溶液溶解清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70℃水浴恒温反应30min。所得到的金纳米团簇溶液为浅黄色，4℃暗处保存，能保持至少两个月的相对稳定。

（二）铜离子的测定

0.27毫升样品溶液中加入0.03毫升步骤（一）制备的金纳米团簇溶液，混合均匀后在30℃反应1分钟。反应结束后，以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值（F₅₃₀），通过F₅₃₀标准曲线进行定量。

本发明的优点：

（1）本发明所使用的金纳米团簇直接由甲硫氨酸还原氯金酸得到，无需添加任何保护剂及还原剂，制备过程简单快捷。

（2）本发明的检测速度快，可以在1分钟内完成样品的检测。

（3）本发明的检测灵敏度高，检测限为7.9nmol/L。

附图说明

图1为（a）金纳米团簇溶液和（b）金纳米团簇与铜离子作用后紫外灯下的外观比较图。

图2为（a）金纳米团簇溶液和（b）金纳米团簇与铜离子作用后的发射光谱比较图。

图3为金纳米团簇溶液与铜离子作用后的发射光强度值（F₅₃₀）随时间的变化图。

图4为金纳米团簇溶液与不同浓度铜离子作用后的发射光谱图。

图5为金纳米团簇溶液的发射光强度值（F₅₃₀）与铜离子浓度之间的关系图。

图6为金纳米团簇溶液的发射光强度值（F₅₃₀）与铜离子浓度之间的线性关系图。

图7为金纳米团簇溶液与不同阳离子作用后的发射光强度图。

图8为金纳米团簇溶液与不同阴离子作用后的发射光强度图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明进行详细描述：

实例1：

金纳米团簇溶液的制备：4毫升浓度为0.1mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37℃水浴恒温反应6h。反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2min。弃去上清液，加入5毫升0.1mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次。加入1.4wt%的氨水溶液溶解清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70℃水浴恒温反应30min。所制得的金纳米团簇溶液在紫外灯照射下产生黄色荧光（见图1中的a图案），最大发射波长为530nm（见图2的a曲线）。

实例2：

铜离子与金纳米团簇相互作用：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含10μmol/L铜离子的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟。金纳米团簇溶液黄色荧光消失（见图1b），530nm处的发射光强度值（F₅₃₀）明显减小（见图2b）。

实例3：

铜离子与金纳米团簇相互作用：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有不同浓度的铜离子的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应0~120秒，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图3所示，F₅₃₀在1分钟内降低到最小值。

实例4：

铜离子的测定：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有不同浓度铜离子（0~10μmol/L）的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图4、5所示，F₅₃₀随铜离子浓度的增大而减小。

实例5：

铜离子的测定：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有不同浓度梯度的铜离子（50~8000nmol/L）的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图6所示，在50~8000nmol/L范围内F₅₃₀的对数值与铜离子浓度呈线性关系，检测限为7.9nmol/L。

实例6：

铜离子的测定：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有浓度为1000nmol/L铜离子的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。重复上述实验6次，得相对标准偏差（RSD）为0.93%，表明本方法重现性良好。

实例7：

阳离子干扰实验：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有浓度为6000nmol/L不同阳离子的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图7所示，0~18依次表示为空白，Cu²⁺，Co²⁺，Ni²⁺，Mn²⁺，Ca²⁺，Mg²⁺，Ba²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Zn²⁺，Fe²⁺，Fe³⁺，Al³⁺，Cr³⁺，Ag⁺，Na⁺，K⁺，NH₄ ⁺的（F₀-F）/F₀值，F₀指金纳米团簇的荧光强度，F指阳离子存在时金纳米团簇的荧光强度，结果表明本方法抗阳离子干扰能力强。

实例8：

阴离子干扰实验：在0.03毫升实施例1制得的金纳米团簇中加入0.27毫升含有浓度为6000nmol/L不同阴离子的磷酸盐缓冲溶液（磷酸盐缓冲溶液浓度为0.01mol/L，pH=7），30℃反应1分钟，以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。如图8所示，0~18依次表示为空白，Cu²⁺，SCN^-，F^-，Cl^-，Br^-，I^-，ClO₄ ^-，BrO₃ ^-，IO₃ ^-，SO₃ ^2-，S₂O₃ ^2-，S₂O₈ ^2-，NO₂ ^-，NO₃ ^-，Ac^-，CO₃ ^2-，H₂PO₄ ^-，EDTA^2-的（F₀-F）/F₀值，F₀指金纳米团簇的荧光强度，F指阴离子存在时金纳米团簇的荧光强度，结果表明本方法抗阴离子干扰能力强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是利用铜离子与甲硫氨酸保护的金纳米团簇作用后荧光发射光谱特征的变化，来测定铜离子浓度；利用甲硫氨酸保护的金纳米团簇在530nm处的发射光强度值F₅₃₀以判断铜离子的浓度；所使用的甲硫氨酸保护的金纳米团簇采用甲硫氨酸还原氯金酸的方法制备：（1）在氯金酸溶液中加入浓度为0.02~0.16mol/L的甲硫氨酸溶液和浓度为0.2~0.9mol/L的氢氧化钠溶液，混匀后水浴反应0.01~8h，所得的水溶液加入硫酸溶液，室温离心，弃去上清液，用硫酸溶液清洗沉淀;（2）加入浓度为0.07~4.2wt%氨水溶液溶解步骤（1）所得的沉淀，混匀后在温度为20~100℃的水浴下反应0~50min，得到金纳米团簇荧光材料水溶液，金纳米团簇荧光材料水溶液冷冻干燥后可得到金纳米团簇荧光材料粉末。

2.根据权利要求1所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是将金纳米团簇溶液和含有任一不同浓度的铜离子的磷酸盐缓冲溶液按体积比1:9混合，30℃反应0~120秒，测定F₅₃₀；F₅₃₀随铜离子浓度的增大而减小，在50~8000nmol/L范围内F₅₃₀的对数值与铜离子浓度呈线性关系，检测限为7.9nmol/L。

3.根据权利要求1或2所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是所使用的甲硫氨酸保护的金纳米团簇采用甲硫氨酸还原氯金酸的方法制备：将4毫升浓度为0.1mol/L的甲硫氨酸溶液和0.6毫升浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液加入到0.4毫升浓度为0.2g/L的氯金酸溶液中，混匀，置于37℃水浴恒温反应6h，反应结束后，向混合液中加入0.5毫升浓度为1mol/L的硫酸溶液，混匀，6000转/分钟离心2min，弃去上清液，加入5毫升0.1mol/L的硫酸溶液清洗沉淀物三次，加入1.4wt%的氨水溶液溶解清洗干净后的沉淀物，混合均匀后置于70℃水浴恒温反应30min。

4.根据权利要求3所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是以420nm为激发波长，测定在530nm处的发射光强度值F₅₃₀。

5.根据权利要求4所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是将金纳米团簇溶液和含有任一不同浓度的铜离子的浓度为0.01mol/L、pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液按体积比1:9混合，30℃反应1分钟，测定F₅₃₀以判断铜离子的浓度。

6.根据权利要求5所述的以甲硫氨酸保护的金纳米团簇为荧光探针的铜离子快速测定方法，其特征是金纳米团簇溶液的体积和含有任一浓度的铜离子的磷酸盐缓冲溶液的体积之和为0.3mL。