CN116144352A - 一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇及其制备方法，本发明涉及硫化物检测技术领域。该制备方法包括以下步骤：将2‑巯基‑5‑苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液加入去离子水中，然后加入HAuCl₄·3H₂O溶液，搅拌反应；加入AgNO₃溶液，搅拌反应，冷却至室温，制得MBZS‑AuAg NCs，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。本发明的MBZS‑AuAg NCs在不同浓度的硫化物存在下发出不同颜色的荧光，荧光强度变化与硫化物浓度呈良好的线性关系，可在较宽的浓度范围内对硫化物进行定量和可视化检测。本发明解决了现有检测方法无法实现可视化的灵敏检测以及检测浓度范围窄的问题。

Description

一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇及其制备方法

技术领域

本发明涉及硫化物检测技术领域，具体涉及一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇及其制备方法。

背景技术

目前，硫化物(以S^2-和H₂S的形式)的检测受到广泛关注。H₂S是一种常见的环境污染物，无色有腐蚀性，主要来自煤炭制造化工厂、汽车尾气排放以及日常生活中有机物的厌氧消化(如食物、植物、死去的动物等)，H₂S在高浓度时没有气味，但在低浓度时具有臭鸡蛋味，也是众所周知的神经毒性气体。空气中H₂S的最大允许浓度为10mg/m³(约6.6ppm)，当长期暴露于低浓度的H₂S时，可能会引起眼睛刺激症状，当H₂S浓度高时，可引起肺水肿、头晕、头痛、恶心和呕吐等，如果短时间内大量吸入H₂S气体，人很快就会发生急性中毒、呼吸麻痹，甚至是死亡。因此，开发一种能够快速、有效地灵敏检测硫化物的检测技术具有重要意义。

目前，常用的硫化物测定方法有比色法、电化学和气相色谱法，这些检测方法虽然能实现硫化物的灵敏检测，但大多存在制样复杂、设备昂贵或操作复杂等局限性。荧光光谱法检测硫化物以其快速、操作简单、耗时短和灵敏度高等优点越来越受到研究者的关注。金纳米团簇也因其独特的光学和电化学特性，作为功能性发光纳米材料而备受关注，金纳米团簇具有斯托克斯位移大、生物相容性好、催化性能佳和毒性低等优点。利用金属纳米团簇检测硫化物已有研究，但大多无法实现可视化的灵敏检测，单一作用机制无法实现对硫化物宽浓度范围的检测。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇及其制备方法，以解决现有检测方法无法实现可视化的灵敏检测以及检测浓度范围窄的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，包括以下步骤：

(1)将2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液加入去离子水中，然后加入HAuCl₄·3H₂O溶液，搅拌反应，制得反应溶液一；

(2)在步骤(1)反应溶液一中加入AgNO₃溶液，搅拌反应，冷却至室温，制得MBZS-AuAg NCs，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

本发明的有益效果为：本发明合成了2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠盐二水合物(MBZS)保护的金银双金属荧光纳米团簇，用于可视化检测宽浓度范围内的硫化物。合成单独的MBZS-Au NCs没有荧光发射，通过掺杂Ag实现了金纳米团簇的荧光开启，MBZS-AuAgNCs在不同浓度的硫化物存在下发出不同颜色的荧光，荧光强度变化与硫化物浓度呈良好的线性关系，可在较宽的浓度范围内对硫化物进行定量和可视化检测。此外，将MBZS-AuAgNCs进一步固定在滤纸上作为检测硫化物的试纸，不仅可以检测水样中的S^2-浓度，而且可以检测重要浓度阈值的气态H₂S，实现对气态H₂S的可视化检测与分级预警，在环境监测领域具有很好的应用前景。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，步骤(1)中，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液和去离子水的体积比为3：8-12。

进一步，步骤(1)中，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液和去离子水的体积比为3：10。

进一步，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液、HAuCl₄·3H₂O溶液和AgNO₃溶液的浓度均为8-12mmol/L。

进一步，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液、HAuCl₄·3H₂O溶液和AgNO₃溶液的浓度均为10mmol/L。

进一步，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物、HAuCl₄·3H₂O和AgNO₃的摩尔比为2.8-3.2：0.8-1.2：0.1-0.3。

进一步，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物、HAuCl₄·3H₂O和AgNO₃的摩尔比为3：1：0.2。

进一步，步骤(1)中，去离子水为75-85℃。

进一步，步骤(1)中，去离子水为80℃。

进一步，步骤(1)中，于75-85℃条件下搅拌反应0.8-1.2h。

进一步，步骤(1)中，于80℃条件下搅拌反应1h。

进一步，步骤(2)中，于75-85℃条件下搅拌反应7-9h。

进一步，步骤(2)中，于80℃条件下搅拌反应8h。

本发明还提供上述方法制得的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

本发明还提供上述硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇在硫化物检测方面的应用。

本发明还提供一种硫化物可视化检测纳米探针，该探针通过以下方法制得：将上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液加入到HEPES缓冲溶液和去离子水的混合溶液中，制得硫化物可视化检测的纳米探针。

进一步，硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液、HEPES缓冲溶液和去离子水的体积比为0.5：0.8-1.2：1.2-1.8。

进一步，硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液、HEPES缓冲溶液和去离子水的体积比为0.5：1：1.5。

进一步，硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液的浓度为0.5-1mmol/L。

进一步，硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液的浓度为0.7mmol/L。

进一步，HEPES缓冲溶液的pH值为7-8。

进一步，HEPES缓冲溶液的pH值为7.4。

本发明还提供一种硫化物可视化检测试纸，该试纸通过以下方法制得：将上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液均匀滴在滤纸上，然后真空干燥，制得硫化物可视化检测试纸。

本发明具有以下有益效果：

本发明以2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物为配体，合成了一种金银双金属纳米团簇(MBZS-AuAg NCs)，进而得到一种荧光探针，在不同浓度的硫化物存在下，该荧光探针可以呈现不同颜色的荧光发射，探针不同的颜色变化主要是由于在不同浓度的硫化物存在下，金银双金属纳米团簇与硫化物的相互作用机制不同，包括聚集诱导发射增强(AIEE)、新络合物的形成和聚集诱导猝灭(ACQ)，探针的这种荧光颜色变化能实现水样中S^2-的宽范围检测；进一步将它固定在滤纸上时，可以作为一种便携式的检测气态H₂S的试纸，试纸能产生类似的荧光颜色变化，从而实现对H₂S浓度的可视化检测及分级预警，这表明该探针在环境监测方面具有良好的应用潜力。

附图说明

图1为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在不同激发波长下的荧光光谱；

图2为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的最佳激发与发射光谱和UV-vis图像；

图3为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的TEM和HRTEM；

图4为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的粒径分布图；

图5为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的红外光谱图；

图6为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的Mapping图；

图7为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的热重图；

图8为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的XPS全谱图；

图9为图8的N1s分谱图；

图10为图8的Ag 3d分谱图；

图11为图8的S 2p分谱图；

图12为图8的Au 4f分谱图；

图13为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的储存时间稳定性图；

图14为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs的盐浓度稳定性图；

图15为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs不同pH值下的荧光谱图及其在490nm处的荧光猝灭率；

图16为MBZS-AuAg NCs检测用量优化图；

图17为MBZS-AuAg NCs检测时间优化图；

图18为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在0.03-30μM S^2-存在下的荧光图及其线性拟合图；

图19为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在30-60μM S^2-存在下的荧光图及其线性拟合图；

图20为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在60-110μM S^2-存在下的荧光图及其线性拟合图；

图21为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在110-170μM S^2-存在下的荧光图及其线性拟合图；

图22为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs与S^2-体系对阴离子的选择性图；

图23为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs与S^2-体系对阳离子及氨基酸的选择性图；

图24为实施例1的MBZS-AuAg NCs在不同浓度S^2-存在时TEM图；

图25为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在不同浓度S^2-存在时Zeta电位图；

图26为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在不同浓度S^2-存在时紫外吸收光谱；

图27为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在580nm处的发射衰减曲线；

图28为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在750nm处的发射衰减曲线；

图29为实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在不同浓度S^2-存在时的XPS谱图；

图30为气态H₂S生成和纯化收集装置；

图31为实施例1制得的试纸露在不同浓度的H₂S气体的紫外图片；

图32为实施例1制得的试纸露在不同浓度的S^2-的紫外图片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1：

一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇，其制备方法包括以下步骤：

(1)在烧瓶中，将3mL的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物(MBZS)溶液(浓度为10mmol/L)加入10mL的80℃去离子水中，然后加入1mL的HAuCl₄·3H₂O溶液(浓度为10mmol/L)，于80℃条件下搅拌反应1h，制得反应溶液一；

(2)在步骤(1)反应溶液一中加入0.2mL的AgNO₃溶液(浓度为10mmol/L)，于80℃条件下搅拌反应8h，冷却至室温，制得MBZS-AuAg NCs，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

一种硫化物可视化检测纳米探针，其制备方法包括以下步骤：

将0.5mL上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液(浓度为0.7mmol/L，以Au计)加入到1mL的HEPES缓冲溶液(pH值为7.4)和1.5mL去离子水的混合溶液中，制得硫化物可视化检测的纳米探针(浓度为0.12mmol/L)。

一种硫化物可视化检测试纸，其制备方法包括以下步骤：

先将滤纸剪成相同大小的花朵形状，然后将上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液均匀滴在滤纸上，然后真空干燥，将得到的滤纸密封保存，制得硫化物可视化检测试纸。

实施例2：

一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇，其制备方法包括以下步骤：

(1)在烧瓶中，将3mL的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物(MBZS)溶液(浓度为8mmol/L)加入10mL的75℃去离子水中，然后加入1mL的HAuCl₄·3H₂O溶液(浓度为8mmol/L)，于75℃条件下搅拌反应0.8h，制得反应溶液一；

(2)在步骤(1)反应溶液一中加入0.2mL的AgNO₃溶液(浓度为8-12mmol/L)，于75℃条件下搅拌反应9h，冷却至室温，制得MBZS-AuAg NCs溶液，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

一种硫化物可视化检测纳米探针，其制备方法包括以下步骤：

将0.5mL上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液加入到0.8mL的HEPES缓冲溶液(pH值为7.4)和1.2mL去离子水的混合溶液中，制得硫化物可视化检测的纳米探针。

一种硫化物可视化检测试纸，其制备方法包括以下步骤：

先将滤纸剪成相同大小的花朵形状，然后将上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液均匀滴在滤纸上，然后真空干燥，将得到的滤纸密封保存，制得硫化物可视化检测试纸。

实施例3：

一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇，其制备方法包括以下步骤：

(1)在烧瓶中，将3mL的2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物(MBZS)溶液(浓度为12mmol/L)加入10mL的80℃去离子水中，然后加入1mL的HAuCl₄·3H₂O溶液(浓度为12mmol/L)，于80℃条件下搅拌反应1.2h，制得反应溶液一；

(2)在步骤(1)反应溶液一中加入0.2mL的AgNO₃溶液(浓度为12mmol/L)，于80℃条件下搅拌反应7h，冷却至室温，制得MBZS-AuAg NCs溶液，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

一种硫化物可视化检测纳米探针，其制备方法包括以下步骤：

将0.5mL上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液加入到1.2mL的HEPES缓冲溶液(pH值为7.4)和1.8mL去离子水的混合溶液中，制得硫化物可视化检测的纳米探针。

一种硫化物可视化检测试纸，其制备方法包括以下步骤：

先将滤纸剪成相同大小的花朵形状，然后将上述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液均匀滴在滤纸上，然后真空干燥，将得到的滤纸密封保存，制得硫化物可视化检测试纸。

试验例

一、MBZS-AuAg NCs的合成表征

1、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs进行荧光检测和紫外吸收光谱，结果见图1-2。(图1中在横坐标为490nm处，对应的激发波长从上到下依次为350、360、340、370、330、380、390、400、320和310nm)

由图1-2可知，本发明通过一锅法的两步反应合成了具有蓝绿色发光的金银纳米团簇，在不同波长的激发光下，在490nm处出现明显的荧光发射峰，量子产率(QY)为7.64％；在350nm激发下，荧光强度最大。并测定其紫外吸收光谱，发现MBZS-AuAg NCs没有大于400nm的等离子体吸收峰，这与团簇的特征一致。

2、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs通过透射电子显微镜和粒度统计进行形貌及尺寸测定，结果见图3-4(图3中，A为TEM，B为HRTEM)。

由图3-4可知，MBZS-AuAg NCs呈现均匀分散的状态，相应的HRTEM图像可以观察到间距为0.231nm的晶格条纹，与金的(111)晶面高度吻合；大小均匀，平均尺寸为2.01±0.6nm。

3、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs和MBZS进行FT-IR表征，结果见图5。

由图5可知，比较两条谱线，可以在产物中观察到配体中的磺酸基和氨基等特征峰，磺酸基的特征峰分别为1190、1068、628和530cm^-1；1640cm^-1是C＝N的弯曲振动吸收，产物中对应配体中在2580cm^-1处的巯基(-SH)特征峰消失，这表明AuAg NCs通过巯基被MBZS很好地封端。

4、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs进行Mapping和热重分析，结果见图6-7。

由图6-7可知，Au、Ag、S、C和N均匀分布在产物中，这证实了该材料已成功合成并且具有良好的分散性；通过其热重数据分析，MBZS-AuAg NCs在350℃前失重小于15％，具有良好的热稳定性。

5、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs进行XPS检测，结果见图8-12。

由图8可知，N 1s、Ag 3d、C 1s、S 2p和Au 4f的特征峰分别出现在400.52、368.36、283.86、163.44和84.73eV处，证明MBZS-AuAg NCs的合成是成功的。

由图9可知(在横坐标为401eV处，从上往下依次为Raw intensity、Peak sum、Pyrrole N和Pyridine N)，图9是N1s轨道的拟合结果，出现了两个特征峰，吡咯N(400.42eV)和吡啶N(398.95eV)，与配体中N的存在形式一致。

由图10可知(在横坐标为378eV处，从上往下依次为Raw intensity和Peak sum，左边为Ag 3d_3/2，右边为Ag 3d_5/2)，Ag 3d轨道的两个特征峰出现在374.15和368.15eV，374.15eV属于Ag 3d_3/2轨道，368.15eV属于Ag 3d_5/2轨道，表明Ag(0)和Ag(I)在MBZS-AuAgNCs中共存。

由图11可知(从左往右依次为Oxidized S2p_1/2、Oxidized S2p_3/2、Reduced S2p_1/2和Reduced S2p_3/2，在横坐标为166.5eV处，从下往上依次为Raw intensity和Peak sum)，四个峰值分别出现在169.00、167.94、162.69和163.73eV，169.00、167.94eV归因于配体中磺酸基团SO₄ ^2-(2p_2/3)、SO₃ ^2-(2p_1/2)和SO₃ ^2-(2p_2/3)的结合能。游离硫醇的结合能范围为163.3-163.9eV，团簇中Au-S键的总体共价性(162.69eV)低于S-S，表明S参与了反应，硫醇成功结合在Au表面。

由图12可知(从左往右依次为Au 4f_5/2和Au 4f_7/2，在横坐标为87eV处，从下往上依次为Raw intensity和Peak sum)，在88.30和84.65eV处有两个峰。84.65eV属于Au 4f_7/2，比Au(0)4f_7/2(84.00eV)高0.65eV，这可能是由Au(0)4f_7/2和4f_5/2的自旋引起的，并且低于Au(1)(86.00eV)，表明Au(0)和Au(1)共存于MBZS-AuAg NCs中，这可能是因为Ag的掺入使Au结合更紧密，从而降低了Au的电子密度并增加了其结合能。但在MBZS-AuAg NCs中，Au的主要价态是Au(0)。

6、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs进行稳定性检测，结果见图13-15。

由图13-14可知，本发明制备的MBZS-AuAg NCs即使在常温储存三个月后，荧光强度也没有显着变化；在较高的盐浓度也能保持较好的荧光稳定性，表明它可以适应复杂的环境，具有应用于实际检测的潜力。

由图15可知(在横坐标为490nm处，从下往上pH依次为9.5、8.5、7.5、6.5、6.0、5.5、Blank、4.5、3.5和4.0)，将合成的MBZS-AuAg NCs加入HEPES(pH7.4)缓冲溶液后，发现探针的在490nm处的荧光发射峰猝灭，且在580nm处出现新的荧光发射峰，这是由溶液pH的变化引起的。

二、硫化物检测

1、S^2-的检测

(1)在控制其他条件不变的情况下，将实施例1制备的MBZS-AuAg NCs分别配置为浓度为0.06、0.12、0.18、0.24、0.30和0.36mmol/L用于检测S^2-，同时设置不添加S^2-作为对照组，结果见图16(F/F₀表示增强率(F和F₀分别代表有和没有S^2-的AuAg NCs溶液的荧光强度)。

由图16可知(每组从左往后依次为Blank和Blank+S^2-)，最终选择0.12mmol/L为最佳样品用量。

按照同样的控制法来优化检测时间，当样品浓度为0.12mmol/L，pH7.4，检测温度为室温的条件下进行优化，结果见图17。

由图17可知，增强率在7min后变化很微弱，因此，选择检测时间为7min。

(2)将S^2-溶液逐渐缓慢滴加到实施例1制得的硫化物可视化检测的纳米探针体系(浓度为0.12mmol/L)中，室温孵育7min，在350nm激发下记录荧光强度，并拟合相应的曲线，结果见图18-21。

由图18可知，当S^2-浓度较低时，580nm处的荧光强度随着S^2-浓度的增加而逐渐增加；增强效率F/F₀也相应增加，F/F₀和S^2-浓度在0.03-30μM范围内具有良好的线性相关性。

由图19-20可知，随着S^2-浓度的进一步增加，580nm处的荧光逐渐猝灭，750nm处的荧光逐渐增强；以不同方式拟合数据得到两段线性方程。

由图21可知，继续增加S^2-的浓度，750nm处的荧光发射也开始下降猝灭直至S^2-的浓度为170μM，荧光猝灭较完全；淬火效率F/F₀和S^2-浓度呈良好的线性关系。

拟合后得到的线性方程如下：

F/F₀＝0.28365C+0.97913 C_S ^2-：0.03-30 μM R²＝0.994 ①

F₅₈₀/F₇₅₀＝0.12852C+8.73468 C_S ^2-：30-60 μM R²＝0.993 ②

F/F₀＝0.00764C+0.56802 C_S ^2-：60-110 μM R²＝0.998 ③

F/F₀＝-0.01444C+2.57982 C_S ^2-：110-170 μM R²＝0.995 ④

由以上可知，本发明制得的MBZS-AuAg NCs检测S^2-的检测限为11nmol/L，线性范围为0.03-170μmol/L。

(3)将本发明的方法与其他材料荧光检测硫化物的方法的比较，结果见表1。由表1可知，本发明的检测方法灵敏度好，线性范围宽，能很好地满足检测需求。

表1本发明检测方法与其他方法比较

(4)为了验证本发明方法的选择性，研究了其他阴离子、常见氨基酸和阳离子对MBZS-AuAg NCs系统的影响，上述实验均在相同条件下进行，S^2-浓度为8μmol/L，其他物质浓度为80μmol/L。结果见图22-23(图22-23中的插图是添加S^2-或其它物质后MBZS-AuAg NCs在紫外光下的照片)。由图22-23可知，只有在S^2-存在下荧光信号才显著增强，这表明MBZS-AuAg NCs探针可以选择性地检测S^2-，具有很大的实际应用前景。

三、机理研究

1、为了了解MBZS-AuAg NCs和硫化物之间的相互作用机制，进行了进一步的表征。在pH7.4的HEPES缓冲体系中，MBZS-AuAg NCs在490nm处的蓝绿色发射转变为580nm处的浅黄色发射且强度减弱。以此为空白样品检测硫化物，对加入不同浓度S^2-后的体系进行表征。结果见图24-28(图27中，在横坐标为250ns处，最上面为25μM S^2-，60μM S^2-(深色球)和Blank(横线符号)在下方；图28中，深色球为60μM S^2-，浅色球为110Μm S^2-,星状符号为170μM S^2-)

由图24-28可知，首先，线性的第一段，加入硫离子的浓度为25μmol/L，从TEM图像看，空白样品中均匀分散的颗粒聚集成链；相应的Zeta电位从-14.27mV增加到-5.75mV，电位越负，分散的颗粒越小越分散，这与透射电镜结果一致；在紫外光下可以观察到荧光的显著增加，这与聚集诱导的增强机理一致，并且测量了580nm处的荧光寿命，寿命从268ns增加到719ns；寿命的增加表明S^2-的引入改变了MBZS-AuAg NCs中配体/配体、配体/金属或者金属/金属之间的电荷转移，可能会以某种方式改变激发态弛豫动力学。该结果进一步表明荧光增强是MBZS-AuAg NCs和S^2-之间相互作用的结果。

其次是第二段线性，加入S^2-的浓度为60μmol/L，580nm处的荧光强度开始下降。从TEM图像看，原始聚集状态的链状MBZS-AuAg NCs断开，颗粒形态重新出现，Zeta电位从-5.75mV下降到-29.9mV，对应于聚集链状的消失；在紫外光下观察到荧光从黄色变为橙色，在580nm处测得的荧光寿命从719ns下降到363ns。初步推测原来聚集的MBZS-AuAg NCs被破坏，形成了新的化合物。从紫外-可见吸收光谱可以看出，随着S^2-浓度的增加，340nm以上的吸光度增加，而340nm以下的吸光度减少。在相互作用过程中，在340nm处有一个等吸收点，表明MBZS-AuAg NCs和S^2-之间形成了一个稳定的复合物。

然后是第三段线性，加入S^2-的浓度为110μmol/L，750nm处的荧光强度进一步增强。观察TEM图像，颗粒尺寸略有增加，相应的Zeta电位也增加了，从-29.9到-21.98mV。然而，750nm处的荧光寿命仅略有增加而没有明显变化，从0.464到0.525ns，表明S^2-没有改变其激发态弛豫动力学。

最后是第四段线性，加入S^2-浓度为170μmol/L，750nm处的荧光猝灭。透射电镜观察可见明显的颗粒聚集现象，推测为聚集诱导猝灭，750nm处的荧光寿命仅略有下降，没有明显变化，从0.525到0.354ns。同时，Zeta电位从-21.98下降到-10.7mV，这一趋势与TEM显示的粒子聚集现象一致。

2、将实施例1制得的MBZS-AuAg NCs在不同浓度S^2-存在时，进行XPS谱图检测，结果见图29(从左往后依次为N1s、Ag 3d、S 2p和Au 4f)。

由图29可知，401.00eV附近的N1s峰(属于C-N)随着硫化物离子的加入逐渐减弱并趋于稳定，表明S^2-的加入可能导致C-N键断裂，而N可能参与反应。与没有缓冲溶液的AuAgNCs相比，C＝N峰增强，出现了一个新的NC₃峰(归因于HEPES缓冲液中存在的NC₃键)。

Ag 3d的峰值约为376.00和373.00eV，随着硫化物离子含量的增加，Ag 3d峰位变化不明显，但相对含量也随之增加，从第三线性段开始趋于稳定。结果表明在前两个线性反应中暴露了出了更多的Ag。

S 2p轨道的拟合图左侧166.00-170.00eV的双峰是S的氧化态峰，属于SO₄ ^2-(2p_2/3)、SO₃ ^2-(2p_1/2)和SO₃ ^2-(2p_2/3)，硫酸由HEPES和MBZS在添加S^2-时形成，结合能略有增加。由于添加了S^2-可能形成Au-S和Ag-S键，161.00eV附近的峰是S^2-的特征。

Au 4f轨道的拟合结果，可以观察到，随着S^2-的加入，83.50eV和87.50eV附近的双峰向低结合能方向移动，表明电子转移到了Au，这可能是由于加入了S^2-，证实MBZS-AuAgNCs和S^2-之间的相互作用。

四、在实际样品中检测S^2-

将实施例1制得的探针对湖水和废水进行测试，以验证MBZS-AuAg NCs作为荧光探针检测真实样品中S^2-的可行性。湖水取自西华师范大学毓秀湖，废水取自实验室清洗硫化零价铁材料时产生的清洗废液，所有实际样品在使用前都通过0.22μm的过滤膜过滤以去除大颗粒，然后将已知浓度的S^2-(10、15、20μmol/L)添加到湖水和废水中，并通过加标实验来评估检测方法的可靠性，结果见表2。

表2MBZS-AuAg NCs加标回收实验结果(n＝3)

由表2可知，通过检测实际水样(湖水、废水)中的S^2-，证明了MBZS-AuAg NCs作为检测探针的适用性和可靠性，实际样品的加标回收率范围为96.40-104.64％，相对标准偏差(RSD)范围为0.59-2.12％，证明实际样品中硫离子浓度的测定是准确并且可靠的，因此，推测将其应用于其他真实样品的分析是可行的。

五、试纸

1、气态硫化氢的检测

本发明装了一个简单的产生气态硫化氢的实验室装置，见图30，它通过FeS与H₂SO₄溶液的反应产生气态硫化氢，用CaCl₂和棉花吸收水分，然后用醋酸铅试纸验证，并将其转移到气体样品袋中以供进一步使用。

将实施例1制备的MBZS-AuAg NCs试纸润湿后，放入容器中并密封。用注射器将含有H₂S的气体注入密闭容器中，室温孵育2min，最后将测试条从容器中取出并干燥，然后以365nm的紫外灯照射进行可视化检测，结果见图31。

由图31可知，空白试纸干燥状态下显示黄绿色荧光，试纸暴露在H₂S气体中2min后在紫外光下的荧光变化，当试纸暴露于5ppm的H₂S中时，可以看到明显的荧光颜色变化，在可见光下也可以看到试纸有轻微的泛黄。(美国政府工业卫生学家会议和职业安全与健康管理局制定的指南规定，在工作日的任何时间平均15min内的安全接触阈值低于5ppm，最大峰值为50ppm，直接威胁生命或健康的限值为100ppm)。随着H₂S浓度从100ppb-70ppm，试纸的荧光逐渐由黄绿色变为黄色、橙红色、红色，最后猝灭。同时还可以观察到试纸在可见光照射下逐渐变黄，说明本发明提出的方法具有检测不同浓度气态H₂S的潜力。

本发明用于检测不同浓度气态H₂S的试纸可在2min内变色，可实现现场快速检测，通过荧光以及可见光下的颜色的变化，可以实现H₂S的可视化检测以及分级预警，将安全阈值内的H₂S浓度划分为不同等级，利用不同的荧光颜色对应不同的安全等级，可以达到分级预警的效果。本发明所提出的测试方法和试纸可以成功地应用于测量重要阈值浓度下的气态H₂S，这对于早期预警和评估气态H₂S造成的威胁非常有用，提前预知危险，能保护人的生命健康，对生态环境的维护也起到一定作用。

2、S^2-的检测

本发明制备的MBZS-AuAg NCs试纸还可用于水中硫离子的目测检测。无需事先将试纸弄湿，可将待测水样直接均匀滴加在试纸上即可实现检测。将由低到高不同浓度的S^2-标准溶液滴加在试纸上，干燥，然后以365nm的紫外灯照射进行可视化检测，结果见图32。

由图32可知，当溶液中含有不同浓度的S^2-时，则试纸在365nm的紫外灯照射下呈现不同的颜色，则可将该图作为一个标准卡片。针对未知S^2-浓度的待测试液，将其滴加在试纸上后采用同样的方法进行颜色观测，在标准卡片上找出对应的颜色，即可确定待测试液中S^2-的浓度，说明本发明提出的方法具有检测液体样品中不同浓度S^2-的潜力。

因此，我们成功设计并构建了一种用于检测硫化物的荧光探针，以2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水合物为配体，通过一锅法合成的银掺杂金纳米团簇称为MBZS-AuAg NCs，并将其应用于硫化物的定量检测，在350nm的激发下，发射峰出现在490nm，在紫外光下呈蓝绿色发光；在HEPES(pH 7.4)缓冲体系中，发射红移至580nm，呈淡黄色发光，向体系中加入硫化物后，荧光会发生选择性变化，在0.03-170μmol/L范围内有四段线性，检测限为11nmol/L。

此外，它已成功应用于废水中S^2-的检测，回收率令人满意。将MBZS-AuAg NCs进一步固定在滤纸上，制成可用于硫化物可视化和定量检测的试纸，可以实现气体H₂S的可视化检测与分级预警，可以很好的满足硫化物的检测需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液加入去离子水中，然后加入HAuCl₄·3H₂O溶液，搅拌反应，制得反应溶液一；

(2)在步骤(1)反应溶液一中加入AgNO₃溶液，搅拌反应，冷却至室温，制得MBZS-AuAgNCs，即硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

2.根据权利要求1所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液和去离子水的体积比为3：8-12。

3.根据权利要求1所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物溶液、HAuCl₄·3H₂O溶液和AgNO₃溶液的浓度均为8-12mmol/L。

4.根据权利要求1所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，2-巯基-5-苯并咪唑磺酸钠二水化合物、HAuCl₄·3H₂O和AgNO₃的摩尔比为2.8-3.2：0.8-1.2：0.1-0.3。

5.根据权利要求1所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，于75-85℃条件下搅拌反应0.8-1.2h。

6.根据权利要求1所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，于75-85℃条件下搅拌反应7-9h。

7.权利要求1-6任一项所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的制备方法制得的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇。

8.权利要求7所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇在硫化物检测方面的应用。

9.一种硫化物可视化检测纳米探针，其特征在于，通过以下方法制得：将权利要求7所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液加入到HEPES缓冲溶液和去离子水的混合溶液中，制得硫化物可视化检测的纳米探针。

10.一种硫化物可视化检测试纸，其特征在于，通过以下方法制得：将权利要求7所述的硫化物可视化检测的金银双金属纳米团簇的溶液均匀滴在滤纸上，然后真空干燥，制得硫化物可视化检测试纸。

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