CN103878382A

CN103878382A - 一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺

Info

Publication number: CN103878382A
Application number: CN201210554855.XA
Authority: CN
Inventors: 李在均; 周晓燕
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: CN103878382B

Abstract

本发明属于化工领域，提供了一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺，包括以柠檬酸三钠为稳定剂制备金种，以十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸，含银盐溶液和抗坏血酸为生长液，加入有机酸为添加剂制备纳米金，离心分离后重新溶解，用于检测三聚氰胺标准溶液或样品溶液的拉曼光谱。采用种子诱导多步生长法制备纳米金，通过加入含苯环添加剂、减少了十六烷基三甲基溴化铵用量，从而显著降低了成本及缩减提纯时间和步骤。由于制备的纳米金具有棱角分明的结构，能够用于表面增强拉曼散射检测痕量三聚氰胺的增强基底，在分析时间、成本和重现性方面明显优于HPLC法，可广泛应用于奶制品中三聚氰胺的快速检测。

Description

一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺

技术领域

本发明属于化工领域，特别涉及一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺。

背景技术

金纳米颗粒在电磁、光学和传感等方面表现出特殊的性质，已经成为表面拉曼增强行为研究中最常用的增强基底之一[K.Kneipp，A.S.Haka，H.Kneipp，K.Badizadegan and N.Yoshizawa.Appl.Spectrosc.，2002，56，150-154]，其尺寸、结构和形貌与拉曼活性直接相关，尤其是形状不规则，棱角分明的纳米粒子具有较大的增强作用。目前，纳米金的制备方法主要有直接还原法[Jeong，G.H.；Lee，Y.W.；Kim，M.；Han，S.W.J.Colloid Interface Sci.2008，329，97-102.]和种子模板法[Zou，X.；Ying，E.；Dong，S.Nanotechnology.，2006，17，4758-4764]为主，前者通过调节氯金酸溶液与还原剂的比例来控制合成一定尺寸的金纳米晶体，适用于制备较小尺寸的纳米金颗粒；后者先制备较小的纳米金作为种子，在弱还原剂作用下，通过种子诱导使溶液中金溶液还原成具有特殊形貌的纳米金，反应过程大都需要表面活性剂的存在[Brantley D.Busbee；Shefine O.Obare and Catherine J.Murphy.Adv.Mater.，2003，15，414-416]。此外，还可通过电化学的方法电镀得到金纳米粒子。

表面拉曼增强散射光谱是基于金属纳米粒子内部自由电子在一定频率的外界电磁场作用下规则运动而产生的表面等离子体共振，使得粒子周围电磁场被极大增强这一现象而产生的，表面粗糙化是这一现象的必要条件，通过控制金属纳米粒子的形状、尺寸和化学组成，可以显著提高增强效应。

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，具有黏性，容易在体内吸附形成结石的物质残留在泌尿系统中。长期摄入会造成生殖、泌尿系统的损害，产生膀胱和肾结石，甚至诱发膀胱癌。目前，三聚氰胺的检测方法主要是高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱-质谱法(LC-MS)[Sun F，MaW，Xu L，Zhu Y，Liu L，Peng C，Wang L，Kuan H，Xu C.；Trends Anal Chem.；2010，9，1339-1349]、气相色谱-质谱法(GC-MS)[Vail，T.；Jones，P.R.；Sparkman，O.D.D.J.Anal.Toxicol.2007，31，304-312]。然而，需要使用特殊设备和试剂，使分析成本增加，且分析速度慢。因此，建立起三聚氰胺速检测新方法势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对现有的三聚氰胺检测大都分析速度慢和方法重现性差的不足，提供一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺。种子生长法制备纳米金，其侧面生长成棱角分明的五角结构和较强的稳定性显著地改善了检测的稳定性、灵敏度和精密度，还绿色环保，不会造成环境污染。

本发明人经过广泛的研究和反复的试验发现，采用柠檬酸三钠为种子稳定剂，采用种子诱导多步生长法制备出具有特殊形貌的金纳米颗粒，然后利用纳米金对拉曼信号特殊的表面增强作用，实现了三聚氰胺的快速检测。本发明人进一步对纳米金制备条件以及三聚氰胺检测进行优化选择，终于实现了提高纳米金应用于表面增强拉曼散射光谱检测的稳定性和重现性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺，包括

1)将氯金酸溶液和柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入还原剂溶液，搅拌反应一段时间，

2)在A、B、C三个烧瓶中分别加入十六烷基三甲基溴化铵的有机酸溶液、氯金酸溶液和抗坏血酸溶液，在C中加入银盐溶液，搅拌反应一段时间，

3)将1)所制得的金种溶液加入到2)所得到的生长液中A，剧烈搅拌一段时间后，从中取一定溶液加到2)所得到的生长液B中，搅拌一段时间后，从中取出一定溶液加到2)所得到的生长液C中，搅拌后于恒温水浴中反应一段时间，

4)将3)所得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取此纳米金溶液加入到三聚氰胺标准溶液或样品溶液，摇匀，室温放置一段时间后滴加到拉曼基底上，干燥后进行拉曼检测。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的还原剂溶液是选自以新配制的冰的四丁基硼氢化物、硼氢化钠、硼氢化钾的水溶液或柠檬酸三钠溶液中的任何一种，反应时间为1min～5min。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的有机酸是选自具有R₃-R₂-R₁结构的一类化合物，其中，R₁为磺酸基或羧基，R₂为苯环，R₃为羟基或碳原子数在10～20之间的直链烷烃。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的含银溶液是选择以三氟甲基磺酸银、乙酸银、高氯酸银或硝酸银中的任何一种，其浓度为0.0025M～0.05M。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的搅拌时间为5-20s，恒温温度和反应时间分别为25～35℃和5～10h。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述反应时间为10～30min，三聚氰胺样品是指加标至奶粉、婴儿配方或液态奶中的任何一种，拉曼检测基底为玻璃或单晶硅片中的任何一种。

7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，十六烷基三甲基溴化铵和有机酸的物质的量比为400∶1～50∶1，有机酸的浓度为0.125mM～1mM。

本发明的一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺较佳实施例包括以下步骤：

1)将氯金酸溶液和柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入新配制的冰的硼氢化钠的柠檬酸三钠溶液，搅拌反应1min～5min，

2)将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL含0.125mM～1mM十二烷基苯磺酸溶液中，在A、B、C三个烧瓶中分别加入上述的混合溶液、氯金酸溶液和抗坏血酸溶液，在C中加入0.0025M～0.05M硝酸银溶液，搅拌10s，

3)将1)所制得的金种溶液加入到2)所得到的生长液中A，剧烈搅拌5～20s，从中取1mL加到2)所得到的生长液B中，搅拌后从中取出1mL加到2)所得到的生长液C中，搅拌后于25～35℃恒温水浴中反应5～10h，

5)将4)所得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取此纳米金溶液加入到三聚氰胺标准溶液，摇匀，室温放置10～30min后滴加到硅片上自然晾干后进行拉曼检测。

在该较佳实施例中，以柠檬酸三钠为稳定剂还原氯金酸制得金纳米晶体种子溶液，以十二烷基苯磺酸溶液为添加剂，与氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵、硝酸银和抗坏血酸作为生长液，多步生长法制备纳米金。将所得到的纳米金离心分离，收集沉淀，真空干燥后重新分散于二次蒸馏水中，并加入一定量的三聚氰胺标准溶液或样品溶液，进行拉曼光谱扫描。研究表明，所得到的纳米金对三聚氰胺有很好的表面拉曼增强作用，其检测限达2×10^-11mol·L^-1。

本发明所用的原料或试剂除特别说明之外，均市售可得。

本发明的各优选方案可互相组合使用。

相比于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)通过加入含苯环的有机酸作为添加剂制备纳米金，从而减少了十六烷基三甲基溴化铵的用量，降低了其对蛋白质、细胞等生物分子的生物毒性，增加了生物亲和性，有利于纳米金在生物检测和细胞成像等领域的广泛应用。

(2)十六烷基三甲基溴化铵在纳米金制备过程中起到一个“软模板”的作用，金纳米颗粒在其胶束的空腔中形成，添加剂上疏水苯环倾向于插在十六烷基三甲基溴化铵的疏水链之间，从而改变了纳米金表面上CTAB的排列紧密程度，增加了胶束的稳定性，不仅增加了反应速率，而且有利于制备单分散性均一的金纳米晶体，此外，还降低了纳米金的制备成本和简化纯化过程。

(3)采用柠檬酸钠稳定、多步生长发制备的纳米金沿五角双锥侧面生长成棱角分明的纳米材料。这些纳米金具有较多的尖锐棱角，电磁场显著增强，在每一个尖端都有等离子体共振效应，这对表面拉曼增强散射光谱有很大的增强效应，可作为一个很好的拉曼活性基底材料。因此三聚氰胺的检测在分析时间、成本和重现性方面明显优于HPLC法，可广泛应用于奶制品中三聚氰胺的快速检测。

具体实施方式

下面用实施例来进一步说明本发明，但本发明并不受其限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。本发明中所述的“室温”、“常压”是指日常操作间的温度和气压，一般为25℃，一个大气压。

下述实施例中，表面增强拉曼散射光谱由IN Via型共聚焦显微激光拉曼光谱仪测量(英国Renishaw)，选择激光波长785nm，拉曼光谱扫描范围在300～1800cm^-1之间。

实施例1

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的硼氢化钠的檬酸三钠溶液，搅拌反应1min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL0.125mM水杨酸溶液中，向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.0025M高氯酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌10s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌10s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌10s后于25℃恒温水浴中反应10h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺标准溶液中，摇匀，室温放置30min，滴加到硅片上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为2.3×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为1.4％。

实施例2

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的四丁基硼氢化钾的檬酸三钠溶液，搅拌反应5min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL 1mM十二烷基苯磺酸钠和等物质的量浓度的盐酸混合溶液中。向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.025M三氟甲基磺酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌5s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌5s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌5s后于30℃恒温水浴中反应5h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺的婴儿配方加标溶液中，摇匀，室温放置10min，滴加到玻璃上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为1.3×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为1.0％。

实施例3

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的冰硼氢化钾的水溶液，搅拌反应3min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL 0.25mM十二烷基苯磺酸溶液中。向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.01M乙酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌15s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌15s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌15s后于35℃恒温水浴中反应7h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺的液态奶加标溶液中，摇匀，室温放置25min，滴加到玻璃上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为2.0×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为1.0％。

实施例4

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的冰硼氢化钾的水溶液，搅拌反应4min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL 0.5mM十二烷基苯磺酸钙和等物质的量浓度的盐酸的混合溶液中。向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.005M硝酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌20s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌20s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌20s后于27℃恒温水浴中反应10h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺的标准溶液中，摇匀，室温放置15min，滴加到玻璃上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为2.1×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为1.8％。

实施例5

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的冰硼氢化钠的水溶液，搅拌反应2min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL 0.75mM水杨酸溶液中。向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.0025M乙酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌10s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌10s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌10s后于30℃恒温水浴中反应10h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺的标准溶液中，摇匀，室温放置15min，滴加到硅片上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为1.1×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为1.2％。

实施例6

将9.9mL 0.25mM氯金酸溶液和0.1mL 0.025M柠檬酸三钠溶液加到三口烧瓶中，快速加入0.3mL 0.01M新配制的冰的冰硼氢化钾的柠檬酸三钠水溶液，搅拌反应5min。将0.911g十六烷基三甲基溴化铵溶于25mL 1mM十二烷基苯磺酸钠和等物质的量浓度的盐酸的混合溶液中。向A、B、C三个烧瓶中分别加入4.5mL上述混合溶液、4.5mL 0.5mM氯金酸溶液和0.05mL 0.08M抗坏血酸溶液，在C中加入0.1mL 0.01M高氯酸银溶液，搅拌反应10s，分别制备A、B、C三种生长液。将1.0mL金种溶液加入到生长液中A，剧烈搅拌12s，从中取出1.0mL加到生长液B中，搅拌12s，从中取出1.0mL加到生长液C中，搅拌12s后于30℃恒温水浴中反应6h，将制得的纳米金离心分离，收集沉淀、真空干燥后重新溶解于二次蒸馏水中，取适量此纳米金溶液加入到不同浓度的三聚氰胺的标准溶液中，摇匀，室温放置25min，滴加到玻璃上，自然晾干后测定拉曼光谱，所得到三聚氰胺的检测限为1.8×10^-11mol·L^-1。20次重复测定相对标准偏差为2.1％。

Claims

1.本发明提供了一种特殊形貌金纳米晶体的制备方法及应用于表面增强拉曼散射检测三聚氰胺，包括

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)所述的还原剂溶液是选自以新配制的冰的四丁基硼氢化物、硼氢化钠、硼氢化钾的水溶液或柠檬酸三钠溶液中的任何一种，反应时间为1min～5min。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的有机酸是选自具有R₃-R₂-R₁结构的一类化合物，其中，R₁为磺酸基或羧基，R₂为苯环，R₃为羟基或碳原子数在10～20之间的直链烷烃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)所述的含银溶液是选择以三氟甲基磺酸银、乙酸银、高氯酸银或硝酸银中的任何一种，其浓度为0.0025M～0.05M。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的搅拌时间为5-20s，恒温温度和反应时间分别为25～35℃和5～10h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)所述反应时间为10～30min，三聚氰胺样品是指加标至奶粉、婴儿配方或液态奶中的任何一种，拉曼检测基底为玻璃或单晶硅片中的任何一种。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，十六烷基三甲基溴化铵和有机酸的物质的量比为400∶1～50∶1，有机酸的浓度为0.125mM～1mM。