金銅合金納米簇的制備及其對(duì)苦味酸的化學(xué)傳感

牛琴琴，張雨婷，雙少敏，張彥

(山西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,山西 太原 030006))

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,金屬材料的尺寸研究已向越來(lái)越小的趨勢(shì)發(fā)展,特別是在納米尺度范圍更受人們的關(guān)注[1]。納米級(jí)別的金屬材料主要是金屬納米團(tuán)簇,它通常包含幾個(gè)到上百個(gè)原子,尺寸一般小于2 nm[2-3],與塊狀金屬相比有許多優(yōu)異的性能,比如:較小的尺寸、較大的比表面積、熒光可調(diào)、低毒性、良好的生物相容性、催化性能、光致發(fā)光等[4-6]。因而,在環(huán)境監(jiān)測(cè)[7]、小分子檢測(cè)[8]、臨床治療[9]、生物成像[10-11]等很多領(lǐng)域都有應(yīng)用。此外,向單金屬材料中添加另一些金屬元素形成合金材料,由于協(xié)同效應(yīng)及組成金屬元素的種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的多樣性質(zhì),這種合金材料相對(duì)于單金屬材料會(huì)產(chǎn)生更多優(yōu)異的性能,比如:熒光強(qiáng)度增大、催化活性提高、穩(wěn)定性和抗干擾能力增強(qiáng)等[12-15]。因此,合金納米粒子的合成及其在化學(xué)傳感中的應(yīng)用是研究的熱點(diǎn)。目前,微波是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成的電磁波,微波加熱是一種新型的內(nèi)源性加熱方式。微波加熱技術(shù)具有受熱均勻、反應(yīng)快速高效、副反應(yīng)少、環(huán)境污染低、操作方便等優(yōu)點(diǎn),是一種備受人們青睞的新型化學(xué)合成技術(shù)[16-17]。

苦味酸(2,4,6-三硝基苯酚,簡(jiǎn)稱PA),是一種黃色、無(wú)味、有毒的硝基酚類化合物,主要應(yīng)用于染料、煙花、炸藥、玻璃和皮革工業(yè)、火箭燃料、農(nóng)業(yè)殺菌劑和除霉劑、醫(yī)藥殺菌劑及收斂劑等方面[18-21]。然而,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,污染物中PA的排放量不斷增加,嚴(yán)重影響了人體的眼睛、皮膚和呼吸系統(tǒng),甚至導(dǎo)致肝臟、腎臟及呼吸器官的損害,也可能引起貧血、癌癥等慢性疾病[22-23]。因此,測(cè)定PA的含量對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、藥物分析、生化測(cè)定、人類健康等方面都具有重要意義。目前測(cè)定PA的方法主要有:電化學(xué)法[24]、質(zhì)譜法[25]、表面增強(qiáng)拉曼光譜[26]、表面等離子體共振[27]和氣相色譜法[28]等。但這些方法中有的成本高、耗時(shí)長(zhǎng),有的前處理復(fù)雜、干擾大,有的操作不夠簡(jiǎn)便快速,有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求高等[29-30],因而其實(shí)際應(yīng)用受到限制。采用熒光光譜法測(cè)定PA含量,成本低廉、響應(yīng)時(shí)間快、操作簡(jiǎn)單、方便可行,能夠有效避免上述缺點(diǎn)。

本文以組氨酸(L-His)作修飾劑,以硝酸銅(Cu(NO3)2)、氯金酸(HAuCl4)為原料,利用微波加熱技術(shù)合成綠色熒光金銅合金納米簇(His-AuCuNCs)。在該方案中,組氨酸既充當(dāng)還原劑又充當(dāng)保護(hù)劑,不需要添加額外試劑;合成的His-AuCuNCs水溶性好、穩(wěn)定性好、熒光性能高;微波加熱不僅提高了反應(yīng)速率和產(chǎn)物純度,而且還減少了環(huán)境污染。所以,這是一種高效、綠色的合成方法。此外,采用紫外-可見(jiàn)吸收光譜、熒光光譜、透射電子顯微鏡等方法對(duì)合成的His-AuCuNCs進(jìn)行表征;研究發(fā)現(xiàn)AuCuNCs的激發(fā)光譜與PA的吸收光譜有相當(dāng)程度的重疊,基于吸光體PA和熒光體AuCuNCs之間的內(nèi)濾效應(yīng),將不同濃度的PA加入His-AuCuNCs溶液中,會(huì)使其熒光發(fā)生不同程度的猝滅。因此,構(gòu)建了一種His-AuCuNCs作為熒光探針來(lái)簡(jiǎn)便、快速地檢測(cè)PA的化學(xué)傳感體系,已成功應(yīng)用于實(shí)際水樣中PA含量的檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

表1 實(shí)驗(yàn)試劑

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 金銅合金納米簇的制備及合成條件優(yōu)化

1.2.1 金銅合金納米簇的制備

以組氨酸(L-His)為還原劑和保護(hù)劑,通過(guò)微波輔助加熱Cu(NO3)2·3H2O和 HAuCl4·3H2O兩種金屬鹽,制備出綠色熒光金銅合金納米簇(His-AuCuNCs)。具體步驟如下:在室溫下,將配制好的4 mL 0.1 mol·L-1的L-His溶液、700 μL 0.01 mol·L-1的Cu(NO3)2溶液和200 μL 0.01 mol·L-1的HAuCl4溶液混合于燒杯中,蓋上表面皿,微波高火加熱15 min,待冷卻至室溫后,用5 mL二次水潤(rùn)洗小燒杯和表面皿,超聲震蕩5 min,再以10 000 r min-1轉(zhuǎn)速離心5 min,得到綠色熒光His-AuCuNCs溶液。最后,將His-AuCuNCs儲(chǔ)存于4℃ 環(huán)境中備用。

1.2.2 金銅合金納米簇的合成條件優(yōu)化

采用控制變量法,探究了L-His與Cu(NO3)2或HAuCl4物質(zhì)的量比例、微波加熱溫度和加熱時(shí)間等主要因素對(duì)合成His-AuCuNCs光學(xué)性能的影響。具體操作如下:配置一定量體積的0.1 mol·L-1的L-His溶液、0.01 mol·L-1的Cu(NO3)2溶液和0.01 mol·L-1的HAuCl4溶液以備用。首先,固定Cu(NO3)2的用量,改變L-His與HAuCl4物質(zhì)的量比例制備出若干His-AuCuNCs,比較其熒光強(qiáng)度,得到His-AuCuNCs最強(qiáng)熒光下所用HAuCl4溶液的最佳物質(zhì)的量。其次,固定最佳物質(zhì)的量HAuCl4溶液,改變L-His與Cu(NO3)2物質(zhì)的量比例制備出若干His-AuCuNCs,比較其熒光強(qiáng)度,得到His-AuCuNCs最強(qiáng)熒光下所用Cu(NO3)2溶液的最佳物質(zhì)的量。再次,分別選用微波低火(119 W)、中低火(231 W)、中火(385 W)、中高火(539 W)、高火(700 W)對(duì)最佳物質(zhì)的量比例合成的His-AuCuNCs進(jìn)行加熱,比較其熒光強(qiáng)弱,得到微波加熱的最佳溫度。最后,在上述最佳物質(zhì)的量比例和溫度下,通過(guò)改變微波加熱時(shí)間5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min,制備出不同加熱時(shí)間下的His-AuCuNCs,比較其熒光強(qiáng)度,得到微波加熱的最佳時(shí)間。

1.3 金銅合金納米簇的表征

采用紫外-可見(jiàn)分光光度法,探究相同條件下微波輔助合成的His-AuCuNCs、His、His-AuNCs、His-CuNCs的光學(xué)性質(zhì)。配置一定濃度的上述溶液,分別移取2 mL His-AuCuNCs、His、His-AuNCs、His-CuNCs溶液和1 mL的磷酸緩沖液(PBS, pH=7, 0.01 mol·L-1)加入到熒光比色皿中,置于紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)中,在200～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描其吸收光譜。

采用熒光光譜法對(duì)His-AuCuNCs的光致發(fā)光性質(zhì)進(jìn)行了研究。配置一定濃度的His-AuCuNC水溶液,移取2 mL His-AuCuNCs和1 mL的磷酸緩沖液(PBS,pH=7,0.01 mol·L-1)加入到熒光杯中,置于熒光儀中,掃描其激發(fā)和發(fā)射光譜,記錄熒光光譜的變化。

采用透射電子顯微鏡對(duì)合成的His-AuCuNCs的表面形態(tài)和分散情況進(jìn)行了觀察,并測(cè)量評(píng)估了其粒徑。將該AuCuNCs的水溶液,滴于附有碳膜的銅網(wǎng)上,真空干燥后,用透射電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)試。

1.4 優(yōu)化金銅合金納米簇對(duì)PA的傳感條件

金銅合金納米簇對(duì)PA的傳感性能受His-AuCuNCs的用量、緩沖溶液的pH值、孵育時(shí)間、離子強(qiáng)度等因素的影響。因此,通過(guò)控制變量法對(duì)其影響因素進(jìn)行了優(yōu)化。

首先,取2.0 mL二次水和10 μL的AuCuNCs溶液注入熒光杯,置于熒光儀中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,掃描其熒光光譜;再加入100 μL 0.001 mol·L-1的PA溶液,測(cè)其熒光強(qiáng)度并記錄兩次最強(qiáng)發(fā)射峰的數(shù)據(jù)。保持其他操作不變,改變AuCuNCs的用量測(cè)其熒光光譜,記錄每次的數(shù)據(jù)并作比較,得到AuCuNCs最佳用量。

其次,將上述得到的最佳用量為120 μL的AuCuNCs溶液和2.0 mL的PBS緩沖液(0.01 mol·L-1,pH=2)注入熒光杯中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,測(cè)其熒光光譜。再加入100 μL 0.001 mol·L-1的PA溶液,測(cè)其熒光光譜并記錄數(shù)據(jù)。保持其他操作不變,依次改變PBS緩沖液的pH值(pH=2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12),測(cè)量每次改變pH后的熒光光譜并記錄數(shù)據(jù),通過(guò)比較得到最適宜的pH值。

再次,取2.0 mL的PBS緩沖液(0.01 mol·L-1,pH=7)和120 μL的AuCuNCs溶液注入熒光杯中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,測(cè)其熒光光譜。再加入100 μL 0.001 mol·L-1的PA溶液,測(cè)其熒光光譜。之后每隔2 min測(cè)一次熒光強(qiáng)度,直到其熒光基本不發(fā)生變化為止,記錄數(shù)據(jù)并得到PA使得AuCuNCs熒光猝滅的最佳時(shí)間。

最后,將2.0 mL的PBS緩沖液(0.01 mol·L-1,pH=7)和120 μL的AuCuNCs溶液注入熒光杯中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,測(cè)其熒光強(qiáng)度作為空白對(duì)照。再分別加入0-0.3 mol·L-1的NaCl溶液,測(cè)各自的熒光光譜并記錄數(shù)據(jù),比較加入不同濃度NaCl溶液后熒光強(qiáng)度是否發(fā)生變化。

1.5 金銅合金納米簇對(duì)PA傳感的靈敏度和選擇性

實(shí)驗(yàn)前先制備新鮮的His-AuCuNCs溶液和PA溶液。室溫下AuCuNCs對(duì) PA的熒光檢測(cè)方法如下:將2.0 mL的PBS緩沖液(0.01 mol·L-1, pH=7)和120 μL的AuCuNCs溶液加入熒光比色皿中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,測(cè)熒光光譜并記錄數(shù)據(jù)(作為空白對(duì)照)。取10 μL不同濃度的PA標(biāo)準(zhǔn)溶液加入含有 120 μL AuCuNCs 的 PBS 緩沖液中,室溫下孵育1 min后,記錄 AuCuNCs的顏色變化和熒光強(qiáng)度值。

為進(jìn)一步驗(yàn)證該檢測(cè)系統(tǒng)的選擇性,在相同條件下,應(yīng)用上述檢測(cè)PA的方法也檢測(cè)了其他不同的干擾物(PHE、NB、TNT、o-DHB、o-NP、K+、Ca2+、Pb2+、Ba2+、Mn2+、Al3+、CO32-、NO3-、Cl-)對(duì)AuCuNCs 熒光強(qiáng)度的影響[21]。其中,其他干擾物濃度均高于PA濃度的 50 倍。在激發(fā)波長(zhǎng)為370 nm下掃描其熒光光譜,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.6 實(shí)際水樣中PA含量的檢測(cè)

實(shí)際水樣取自山西大學(xué)令德湖水和實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。首先,將水樣過(guò)濾,除去水中雜質(zhì),以10 000 r·min-1離心10 min。其次,用移液器移取2.0 mL的湖水(自來(lái)水)和120 μL的His-AuCuNCs溶液注入熒光杯,置于熒光儀中,設(shè)定激發(fā)Ex=370 nm,狹縫λ=10 nm,測(cè)其熒光光譜。然后,分別將1.50 μmol·L-1、2.50 μmol·L-1和15.00 μmol·L-1的PA加入水樣中,測(cè)其熒光強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 制備AuCuNCs的條件優(yōu)化

為了制備出具有最佳光學(xué)性能的His-AuCuNCs,通過(guò)控制變量法分別改變了L-His與Cu(NO3)2物質(zhì)的量之比、L-His與HAuCl4物質(zhì)的量之比、微波加熱溫度、微波加熱時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件,探究了合成His-AuCuNCs的主要因素對(duì)其熒光強(qiáng)度的影響。

從圖1(A)可知,固定Cu(NO3)2的用量時(shí),當(dāng)L-His與HAuCl4的物質(zhì)的量之比為800∶4時(shí),合成的AuCuNCs熒光強(qiáng)度最強(qiáng)。從圖1(B)可知,在最佳HAuCl4物質(zhì)的量時(shí),當(dāng)L-His與Cu(NO3)2的物質(zhì)的量之比為800∶14時(shí),AuCuNCs熒光強(qiáng)度最強(qiáng)。綜上,當(dāng)L-His、Cu(NO3)2、HAuCl4的物質(zhì)的量之比為400∶7∶2時(shí),合成的His-AuCuNCs熒光強(qiáng)度最佳。從圖1(C)可知,在最佳物質(zhì)的量比例時(shí),微波高火(700 W)加熱合成的AuCuNCs熒光最強(qiáng)。從圖1(D)可知,在最佳物質(zhì)的量比例和高火加熱條件下,微波加熱時(shí)間為30 min時(shí)合成的AuCuNCs熒光強(qiáng)度最佳,但是,微波加熱時(shí)間在15～35 min之間時(shí)熒光強(qiáng)度的變化幅度并不是很大,所以考慮到經(jīng)濟(jì)效率,設(shè)定微波加熱時(shí)間為15 min。綜上可知,通過(guò)優(yōu)化制備參數(shù)條件,表明L-His、Cu(NO3)2、HAuCl4的物質(zhì)的量之比為400∶7∶2時(shí)、微波高火加熱15 min,達(dá)到制備His-AuCuNCs的最佳效果。

2.2 AuCuNCs的穩(wěn)定性

納米團(tuán)簇的穩(wěn)定性對(duì)于其實(shí)際應(yīng)用影響較大,為考察His-AuCuNCs的光學(xué)穩(wěn)定性,分別對(duì)儲(chǔ)存于4℃下放置不同時(shí)期后的His-AuCuNCs溶液進(jìn)行熒光強(qiáng)度的測(cè)定。如圖2所示,His-AuCuNCs 溶液儲(chǔ)存于4℃下,放置6個(gè)月后,其熒光強(qiáng)度幾乎無(wú)變化,表明所制備的His-AuCuNCs儲(chǔ)存于4℃時(shí)具有優(yōu)良的光穩(wěn)定性。

2.3 AuCuNCs的性能表征

采用紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)、熒光光譜(FL)和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)制備的His-AuCuNCs進(jìn)行了表征,如圖3所示:

圖1 優(yōu)化AuCuNCs的制備條件。(A)和(B)是不同原料比例的L-His和HAuCl4、Cu(NO3)2對(duì)合成AuCuNCs熒光強(qiáng)度的影響;(C)和(D)分別是微波加熱溫度和加熱時(shí)間對(duì)合成AuCuNCs熒光強(qiáng)度的影響

圖2 His-AuCuNCs 的光穩(wěn)定性

圖3(A)是His-AuCuNCs、L-His、His-AuNCs和His-CuNCs的紫外光譜。在250 nm處的吸收峰His-AuCuNCs最高,His-CuNCs次之,L-His和His-AuNCs很微弱。由此可知,合金AuCuNCs的吸收峰比單金AuNCs或CuNCs的吸收峰要高,AuCuNCs中組氨酸對(duì)吸收峰幾乎沒(méi)有影響。圖3(B)是不同激發(fā)下的His-AuCuNCs的熒光光譜圖。隨著激發(fā)波長(zhǎng)從310 nm～370 nm增大,AuCuNCs的熒光逐漸增強(qiáng);當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)大于370 nm后,AuCuNCs的熒光強(qiáng)度反而降低。所以選用370 nm作為AuCuNCs的最佳激發(fā)波長(zhǎng)。圖3(C)中AuCuNCs的熒光激發(fā)光譜(Ex)和發(fā)射光譜(Em)表明,在最佳激發(fā)波長(zhǎng)為370 nm時(shí),AuCuNCs在500 nm處有很強(qiáng)的發(fā)射峰。從圖3(D)的透射電子顯微鏡圖(TEM)表明,AuCuNCs呈球形,分散性良好;插圖中的粒徑分布直方圖可知AuCuNCs平均粒徑約為1.5 nm。

2.4 探究AuCuNCs與AuNCs、CuNCs的熒光強(qiáng)度

在相同實(shí)驗(yàn)條件下,按照上述實(shí)驗(yàn)探索得出的最佳原料比例、微波加熱溫度和時(shí)間來(lái)制備His-AuCuNCs。通過(guò)控制變量法,只將AuCuNCs原料中的Cu(NO3)2和 HAuCl4換為同等量的HAuCl4或Cu(NO3)2,制備出組氨酸修飾的AuNCs和CuNCs。在激發(fā)波長(zhǎng)為370 nm時(shí),測(cè)得AuCuNCs、AuNCs、CuNCs 三者的熒光光譜如圖4所示。

從圖4可知,同等條件下制備的組氨酸修飾的熒光AuCuNCs、AuNCs和CuNCs中,在370 nm激發(fā)下,測(cè)得AuCuNCs的熒光發(fā)射強(qiáng)度比AuNCs和CuNCs的熒光發(fā)射強(qiáng)度高。這表明我們制備的合金AuCuNCs熒光性能比單種金屬AuNCs或CuNCs的熒光性能強(qiáng)。

圖3 (A)不同物質(zhì)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜圖

圖4 在370nm激發(fā)下的AuCuNCs、AuNCs、CuNCs熒光光譜圖

2.5 優(yōu)化AuCuNCs對(duì)苦味酸的檢測(cè)條件

His-AuCuNCs作為化學(xué)傳感器用于檢測(cè)PA的含量,是基于不同濃度的PA溶液加入到His-AuCuNCs溶液中會(huì)使其熒光發(fā)生不同程度的猝滅。然而,AuCuNCs的用量、緩沖溶液的pH值、孵育時(shí)間、離子強(qiáng)度(NaCl)等因素都會(huì)影響PA的檢測(cè)。因此，本文通過(guò)控制變量法對(duì)測(cè)定PA的影響因素進(jìn)行優(yōu)化。

圖5(A) 是His-AuCuNCs的用量對(duì)傳感器檢測(cè)PA的影響。隨著AuCuNCs用量增大其熒光強(qiáng)度也明顯增強(qiáng),但當(dāng)AuCuNCs達(dá)到120 μL以后,熒光強(qiáng)度的增加幅度趨于平緩。向AuCuNCs中加入0.1 μmol·L-1PA后,得到熒光強(qiáng)度的降低值F0-F(F0代表AuCuNCs本身的熒光強(qiáng)度,F代表加入PA后的熒光強(qiáng)度)。F0-F值在120 μL最大,且考慮到經(jīng)濟(jì)效益,選用120 μL AuCuNCs作為最佳用量來(lái)檢測(cè)PA。

圖5(B)是不同pH值的PBS緩沖液對(duì)AuCuNCs檢測(cè)PA的影響。從圖可知,當(dāng)溶液pH值在3.0～12.0范圍內(nèi),加入PA前后AuCuNCs的熒光幾乎不受pH影響;而pH值為2.0時(shí)熒光極其微弱,所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇在中性環(huán)境下進(jìn)行。

圖5(C)是加入PA后孵育時(shí)間對(duì)傳感體系熒光強(qiáng)度的影響。當(dāng)0.1 μmol·L-1PA加入AuCuNCs溶液時(shí),熒光強(qiáng)度在1 min內(nèi)迅速降低,之后趨于穩(wěn)定不再下降。說(shuō)明PA對(duì)AuCuNCs的響應(yīng)時(shí)間非常快,后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇孵育時(shí)間為1 min。圖5 (D) 是離子強(qiáng)度對(duì)AuCuNCs熒光強(qiáng)度的影響。向AuCuNCs溶液中加入不同濃度的NaCl溶液,從圖中變化趨勢(shì)來(lái)看,該傳感體系的熒光強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生明顯變化,說(shuō)明離子強(qiáng)度對(duì)AuCuNCs檢測(cè)PA幾乎沒(méi)影響。

圖5 (A) AuCuNCs的用量對(duì)檢測(cè)PA的影響;(B) pH值對(duì)AuCuNCs傳感PA的影響,PA濃度為0.1 μmol·L-1;(C) 加入0.1 μmol·L-1 PA后孵育時(shí)間對(duì)AuCuNCs傳感體系的影響;(D) 不同濃度NaCl存在下AuCuNCs的熒光強(qiáng)度

2.6 探究AuCuNCs的選擇性

選擇性是判斷一個(gè)傳感器能否良好的應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)的關(guān)鍵因素。本文探討了不同硝基酚類化合物(PHE、NB、TNT、o-DHB、o-NP)、陽(yáng)離子(K+、Ca2+、Pb2+、Ba2+、Mn2+、Al3+)、陰離子(CO32-、NO3-、Cl-)等潛在干擾物質(zhì)存在下,AuCuNCs對(duì)PA的熒光響應(yīng)情況。

圖6 AuCuNCs對(duì)PA與其他陰離子、陽(yáng)離子、硝基酚類化合物等潛在干擾物質(zhì)的選擇性實(shí)驗(yàn),濃度:PA: 0.1 μmol·L-1,其他共存物: 5 μmol·L-1

先向AuCuNCs中加入5 μmol·L-1上述陰離子、陽(yáng)離子、硝基酚類化合物等潛在干擾物質(zhì),370 nm激發(fā)下測(cè)其熒光光譜;再向上述溶液中加入0.1 μmol·L-1PA溶液,在370 nm激發(fā)下測(cè)熒光光譜。如圖6所示,這些共存物質(zhì)的濃度是PA濃度的50倍,但是,只有加入PA才能引起AuCuNCs的熒光顯著猝滅,其他潛在干擾物對(duì)AuCuNCs的熒光強(qiáng)度幾乎無(wú)影響。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明AuCuNCs對(duì)PA具有良好的選擇性,和PA具有相似結(jié)構(gòu)的硝基酚類化合物也不會(huì)干擾AuCuNCs對(duì)PA的檢測(cè)。

2.7 AuCuNCs對(duì)PA傳感的靈敏度

基于PA對(duì) AuCuNCs的熒光猝滅作用,本文研制了熒光AuCuNCs測(cè)定苦味酸濃度的化學(xué)傳感新方法。

圖7 加入不同濃度的PA(從上到下:0～385 μmol·L-1)后AuCuNCs傳感體系的熒光響應(yīng)圖

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,將不同濃度的PA加入到His-AuCuNCs 溶液中,如圖7所示,隨著PA標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的增加,AuCuNCs熒光強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)PA濃度在2.1×10-10～5.2×10-4mol·L-1范圍內(nèi)時(shí),PA的濃度c與傳感體系的相對(duì)熒光強(qiáng)度F0/F之間滿足良好的線性關(guān)系(插圖):(F0/F)=0.7406+0.025 C(其中:F0表示沒(méi)有加PA時(shí)AuCuNCs的熒光強(qiáng)度,F表示加入PA后AuCuNCs的熒光強(qiáng)度),線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.995,檢測(cè)限為0.46 nmol·L-1,表明AuCuNCs傳感體系檢測(cè)PA含量具有線性范圍寬、檢出限低的優(yōu)點(diǎn)。

2.8 AuCuNCs與PA之間的反應(yīng)機(jī)理

熒光內(nèi)濾效應(yīng),通常發(fā)生在吸收劑和熒光團(tuán)之間,由吸收劑對(duì)熒光團(tuán)產(chǎn)生的激發(fā)或發(fā)射光譜的吸收而導(dǎo)致熒光減弱的現(xiàn)象,即熒光猝滅。吸光體的吸收光譜應(yīng)具有與熒光體的激發(fā)或發(fā)射光譜相當(dāng)程度的重疊區(qū)域,是分子間發(fā)生內(nèi)濾效應(yīng)的必要條件之一[31-32]。圖8為PA的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(曲線a)和AuCuNCs的熒光激發(fā)光譜(曲線b)。由圖8可知,PA分別在206 nm和354 nm處有兩個(gè)強(qiáng)烈的吸收峰;而AuCuNCs在270～500 nm內(nèi)的激發(fā)光譜寬而連續(xù),最大激發(fā)峰位于370 nm。比較兩譜圖可見(jiàn),PA的吸收帶與AuCuNCs的熒光激發(fā)光譜顯示出較好的重疊,表明當(dāng)AuCuNCs與PA共存時(shí),PA和AuCuNCs之間發(fā)生內(nèi)濾效應(yīng),即PA吸收AuCuNCs激發(fā)光能量,從而導(dǎo)致Au NCs的熒光強(qiáng)度顯著降低甚至猝滅。

圖8 PA的紫外-可見(jiàn)吸收光譜(a)和AuCuNCs的熒光激發(fā)光譜(b)

2.9 實(shí)際水樣中PA含量的檢測(cè)

為了評(píng)估AuCuNCs對(duì)PA傳感的實(shí)用性和可行性,采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)山西大學(xué)令德湖水和實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水中PA的含量進(jìn)行了測(cè)定。如表3所示,將濃度為1.50,2.50,3.50 μmol·L-1的PA標(biāo)準(zhǔn)溶液分別加入到實(shí)際水樣中,通過(guò)AuCuNCs傳感體系檢測(cè)實(shí)際水樣中PA濃度,得到回收率為97.2%～102.7%,經(jīng)6次測(cè)定后的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)低于3.0%,進(jìn)一步證實(shí)了熒光His-AuCuNCs傳感器檢測(cè)實(shí)際水樣中PA含量的可行性。

3 結(jié)論

本文采用微波加熱法,以Cu(NO3)2和 HAuCl4為原料,L-His為保護(hù)劑和還原劑,制備出一種水溶性良好的綠色熒光His-AuCuNCs。基于苦味酸對(duì)His-AuCuNCs熒光猝滅作用,建立了一種快速檢測(cè)苦味酸含量的新方法,并已成功應(yīng)用于實(shí)際水樣中苦味酸含量的測(cè)定。此方法在中性環(huán)境、室溫反應(yīng)1 min后,隨著苦味酸濃度的增加體系熒光強(qiáng)度下降,苦味酸在2.1×10-10～5.2×10-4mol·L-1濃度范圍內(nèi)與AuCuNCs熒光強(qiáng)度呈線性關(guān)系,檢出限為0.46nmol·L-1,回收率為97.2%～102.7%。該實(shí)驗(yàn)由于反應(yīng)條件溫和、制備工藝簡(jiǎn)單、響應(yīng)特性優(yōu)良、抗干擾能力強(qiáng)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),在環(huán)境水質(zhì)中檢測(cè)苦味酸含量具有良好的應(yīng)用前景。

表3 His-AuCuNCs熒光傳感體系檢測(cè)實(shí)際水樣中的PA