CN107290313A - 一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法及应用。本发明以氯金酸溶液、硝酸铜溶液和谷胱甘肽为原料，结合油浴加热方法得到双色荧光金铜复合纳米簇。本发明所得金铜复合纳米簇具有单一波长激发下发射蓝色(450nm)和橙红色(570nm)的双色荧光特性，其蓝色荧光几乎不受金属离子的影响，而汞离子及汞化合物能使橙红色荧光强度降低甚至猝灭。基于此特点，构建了比率型荧光探针检测汞离子和汞化合物的荧光检测技术。本发明的方法简便，成本低廉，具有优越的荧光和化学稳定性，可克服传统染料荧光寿命短，易光漂白等缺点；比率型荧光法灵敏度高，稳定性好，不需昂贵的仪器，可应用到环境监测分析，具有广阔的应用前景。

Description

一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法，基于这种金铜复合纳米簇能在单一波长光激发下发射两种不同颜色的荧光，实现比率荧光探针对汞离子及汞化合物的高灵敏度检测。
背景技术
随着越来越多纳米材料制备方法的出现，贵金属纳米簇成为了越来越重要的一类材料。金属纳米簇作为一种近些年来发现的新型纳米材料，一般由几个到几十个金属原子构成的相对稳定的纳米结构，其尺寸一般为几个纳米。纳米簇的颗粒尺寸与电子的费米波长相当时，因为量子尺寸效应，使能级变得不连续，就可受激发生电子跃迁而产生较强荧光。因此，与传统有机染料和量子点相比，金属纳米簇除具有优良的荧光性能外，还具有粒径小、生物相容性好、无毒、对环境友好、良好的催化性等优点。由于相比于单一组分贵金属纳米簇表现出的光电性质，金属复合纳米簇可在一定程度上形成具有独特性质的新型金属纳米簇，复合纳米簇越来越受到人们的重视，且使得他们应用广泛，如催化、传感、电子应用、医疗诊断等等。到目前为止，有很多关于贵金属纳米簇的制备方法被研究出来，但是相对来说，贵金属复合纳米簇的制备方法少见，所以一种简单的金属复合纳米簇的制备方法受到人们的期待，发展新的方法和技术制备金铜复合纳米簇对环境分析的快速发展有着重要的现实意义。
荧光分析法具有检测灵敏度高、检测速度快、选择性强、使用简便、测定结果稳定等优势，在环境分析中得到广泛应用，但它结果的精确性容易受到外部环境，检测底物和光漂白、探针负载和留存等因素的影响。比率荧光法是以两个不同波长处荧光强度的比值作为相应信号以确定目标物含量的一种新型检测技术，比率荧光技术的出现正好克服了荧光分析法的不足。因其不受光源强度和仪器灵敏度的影响，比率荧光探针的灵敏度、选择性和动态范围大大提高，所以设计比率荧光探针具有重要的实际意义。
重金属元素具有生物富集性，水体中的重金属元素容易被鱼类等生物体吸收和积蓄，通过生物链在人体内积累，对人体健康造成严重的危害，因此，发展环境样品中微量重金属的检测方法具有重要意义。汞离子作为一种有毒的重金属离子，会对人体的健康造成很大的危害，严重损伤人的神经系统以及肝脏系统。传统的检测方法如原子光谱法、电化学分析法等由于仪器昂贵或操作繁琐，分析周期长等问题，难以满足实际应用的需求。金属纳米簇具有优良的光学性质，荧光强度能选择性地对某些金属离子响应，可以在微量检测中用以提供荧光信号，因此金属纳米簇在金属含量的测定方面的应用备受关注。
本发明通过水热法制备了一种新型的金铜复合纳米簇，且基于它的荧光对汞离子及汞化合物选择性响应，建立了高灵敏度检测汞的检测方法。
发明内容
本发明的目的旨在建立一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备，通过这种双色荧光建立一种比率型荧光探针检测汞离子和汞化合物的方法；这种复合纳米簇在单一波长激发下能发出绿色和橙红色的双色荧光，而绿色荧光对金属离子几乎没有响应，但汞离子及其化合物能使橙红色荧光强度显著降低甚至发生猝灭，从而实现对汞的荧光选择性响应，建立比率型荧光探针检测汞离子及汞化合物，该方法快速简便、易于操作、灵敏度高。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法，包括如下步骤：
以氯金酸溶液、硝酸铜溶液和谷胱甘肽为原料，在油浴加热条件下反应，得到双色荧光金铜复合纳米簇，经后处理得到纯净的金铜复合纳米溶液。
进一步地，氯金酸、硝酸铜、谷胱甘肽的物质的量之比优选为0.01～0.05：0.01～0.05：0.05～0.2。
进一步地，反应的温度优选60～120℃，反应的时间优选为12～48小时。
在单一激发波长下，金铜复合纳米簇能同时发出绿色(450nm)和橙红色(580nm)两种荧光，而绿色荧光表现出对金属离子的惰性，但橙红色荧光能选择性响应汞离子及汞的化合物。比率荧光法是以两个不同波长处荧光强度的比值作为相应信号以确定目标物含量的一种新型检测技术，这种比率荧光技术不受光源强度和仪器灵敏度的影响，荧光探针的灵敏度、选择性和动态范围大大提高。它正好克服了单一荧光检测响应带来的精确性容易受到外部环境影响、检测底物和光漂白、探针负载和留存等因素。
上述的双色荧光金铜复合纳米簇为新型的复合材料，应用于对汞离子或/和汞化合物的荧光检测中，能实现灵敏且准确的检测，所述的汞化合物包括难降解的汞化合物在内，所述的难离解汞的化合物涉及汞络合物和有机汞等解离常数小的含汞化合物。
本发明是基于双色荧光金铜复合纳米簇比率型响应汞的性质，可将该双色荧光金铜复合纳米簇制备成检测汞离子或/和汞化合物的比率型荧光探针或/和汞化合物，从而达到测量的目的。
方法：首先，合成双色荧光，经处理后得到纯净的金铜复合纳米簇，其荧光光谱在350nm的波长下激发，在450nm、580nm处有强的发射峰，通过对不同金属离子的选择性荧光响应达到比率型检测汞。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明制备双色荧光金铜复合纳米簇的方法，非常简单，条件温和，成本低廉，极易实现工业化生产。
(2)本发明所得金铜复合纳米簇，具有双荧光的特性，能够实现汞离子及汞化合物的比率型检测，且具有优越的荧光和化学稳定性，可克服传统染料荧光寿命短，易光漂白等缺点；比率型荧光法灵敏度高，稳定性好，不需昂贵的仪器，可应用到环境监测分析，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所得金铜复合纳米簇的紫外-可见吸收光谱图和荧光光谱图。
图2为本发明实施例1所得金铜复合纳米簇的TEM图及粒径分布图。
图3为金属离子对金铜簇的荧光强度的影响。
图4为不同浓度汞离子对金铜纳米簇荧光强度的影响的荧光谱图。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例1
金铜复合纳米簇的制备及成分分析。取一洁净的圆底烧瓶，置于磁力搅拌器上，在搅拌下向其中加入约8.7mL的二次蒸馏水，1mL浓度为0.02mol/L的氯金酸溶液，再加入1mL浓度为0.02mol/L的硝酸铜溶液，之后缓慢加入300μL浓度为0.1mol/L的谷胱甘肽溶液，在80℃的油浴锅中加热搅拌回流24小时，溶液由白色浑浊变为无色澄清，之后再逐渐变为金黄色，用二次水透析该溶液(截留分子量1000)，即所得溶液即为金铜纳米簇纯溶液，在紫外光源照射下发出橙黄色光，其荧光光谱在350nm的波长下激发，在450nm、580nm处有强的发射峰。用紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计测得含金碳点的紫外-可见光谱图和荧光光谱图(图1)，并对其进行TEM表征(图2)，可知含金碳点的大小在2nm左右。
实施例2
取17支4ml离心管，标上A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、O、P、Q号,分别向A～Q号17支离心管中加入3mL金铜复合纳米簇水溶液，再向离心管中依次分别加入30μL10-4M不同金属离子及二次蒸馏水Mg2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Na+、Ag+、Fe3+、Cd2+、H2O、Al3+、Mn2+、Zn2+、Cr3+、Ni2 +、Pb2+、Hg2+、K+，反应一段时间后，将离心管中溶液依次在荧光分光光度计中测试，记录金铜复合纳米簇的荧光猝灭值(图3)。
取8支离心管，分别标上A、B、C、D、E、F、G、H号，向A～H号8支离心管中加入3mL碳点水溶液，再向离心管中分别依次加入30μL超纯水和浓度为1.0×10-10、1.0×10-9、1.0×10-8、1.0×10-7、1.0×10-6、1.0×10-5、1.0×10-4mol/L的汞离子溶液，待反应一段时间后，将各个离心管中的溶液依次在荧光分光光度计中测试，记录金铜复合纳米簇的荧光光谱曲线的变化(图4)。在10-9～10-8mol/L浓度范围时，体系荧光猝灭程度与Hg2+浓度呈线性关系，其线性回归方程为△F＝1.114×109c-462.9，相关系数为R2＝0.9571，其中△F为(F0-F)/F0表示体系荧光强度下降程度，c为汞离子的浓度，最低检测限为1.0×10-11mol/L。

Claims (7)

1.一种双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
以氯金酸溶液、硝酸铜溶液和谷胱甘肽为原料，在油浴加热条件下反应，得到双色荧光金铜复合纳米簇，经后处理得到纯净的金铜复合纳米簇溶液。
2.根据权利要求1所述的双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法，其特征在于，氯金酸、硝酸铜、谷胱甘肽的物质的量之比为0.01～0.05：0.01～0.05：0.05～0.2。
3.根据权利要求1所述的双色荧光金铜复合纳米簇的制备方法，其特征在于，反应的温度为60～120℃，反应的时间为12～48小时。
4.权利要求1至3任一项所述的制备方法得到的双色荧光金铜复合纳米簇在汞离子或/和汞化合物的检测中的应用。
5.根据权利要求4所述的双色荧光金铜复合纳米簇在汞离子或/和汞化合物的检测中的应用，其特征在于，在350nm的波长下激发金铜复合纳米簇，在450nm、580nm处有强的发射峰，通过对不同金属离子的选择性荧光响应实现对汞的比率型检测。
6.根据权利要求4所述的双色荧光金铜复合纳米簇在汞离子或/和汞化合物的检测中的应用，能其特征在于，所述的汞化合物包括难降解的汞化合物在内，所述的难离解汞的化合物涉及汞络合物和有机汞。
7.一种采用权利要求1至3任一项所述的制备方法得到的双色荧光金铜复合纳米簇制备的检测汞离子或/和汞化合物的比率型荧光探针。
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