一种银纳米簇荧光囊泡及其制备方法与检测Fe3+的应用与流程

本发明涉及一种银纳米簇荧光囊泡及其制备方法与检测fe³⁺的应用，属于新材料领域。

背景技术：

铁元素是人体中必需的微量元素，总含量约为4～5g。红细胞中的血红蛋白是运输氧气的载体，而铁是血红蛋白的组成成分，它与氧结合，运输到身体的每一个部分，供人们呼吸氧化，以提供能量，获得营养；铁还可以促进发育，增加对疾病的抵抗力，调节组织呼吸，防止疲劳，构成血红素，预防和治疗因缺铁而引起的贫血，使皮肤恢复良好的血色。然而，过多的铁储存在体内也存在潜在的有害作用，导致铁中毒，这与多种疾病，如心脏和肝脏疾病、糖尿病及某些肿瘤有关。此外，在水中如果存在过多的铁元素会影响水的色、嗅、味等，甚至会影响特殊工业如纺织、造纸和食品工业。因此研究一种方便、快速、简单、易于观察的检测铁的方法很有必要，并且有很大的应用前景。

荧光物质经常被选作荧光探针来检测有毒物质。其原理是被检测物质和荧光物质之间发生相互作用继而影响荧光物质的发光情况，从而达到检测的目的。金属纳米簇由于其存在配体-金属电荷转移，金属-金属作用，配体-配体之间的π-π堆积作用，具有独特的发光现象，因此金属纳米簇可以作为荧光探针来检测毒害物质。

银纳米簇由于其特殊性能而且原料来源广泛而引起业界人士的青睐，关于银纳米簇的专利文件也有诸多报道，比如：中国专利文件cn104227016a(申请号：201410494598.4)公开了一种快速制备具有强荧光发射的银纳米簇的方法，其特征是，按体积计，取14.75份二次蒸馏水于容器中，在恒温水浴锅中，搅拌条件下依次加入2.0份agno3溶液，0.25份nabh4溶液和3.0份氨基黑10b，30－80℃下搅拌3－90min，即可得到具有强荧光发射的银纳米簇。再例如：中国专利文件cn103878386a(申请号：201410120530.x)公开了一种制备荧光银纳米簇的方法，它涉及一种制备荧光银纳米簇的方法，制备方法如下：一、将一定量的银盐和油酸钠分别分散到溶剂水中；二、将两种溶液混合搅拌一段时间待其均匀后放到恒温磁力搅拌器上加热处理一段时间；三：对反应后溶液过滤，去除固体物质，得到荧光银纳米簇，即完成。

但是，目前对于银纳米簇报道只限制于合成方法的探索和固态性质的研究，对于银纳米簇在溶液中的聚集行为和聚集体的应用研究鲜有报道。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种银纳米簇荧光囊泡及其制备方法与检测fe³⁺的应用。

术语说明：

ag6：是一种六核的银纳米簇，由于配体间的π-π作用，配体向金属的电荷转移作用以及金属-金属作用，ag6具有一定的发光性质。

本发明的技术方案如下：

一种银纳米簇荧光囊泡，是由ag6溶解到极性有机溶剂中形成荧光囊泡。

根据本发明，优选的，所述的极性有机溶剂为二甲基亚砜、乙二醇、甲醇或乙腈。

根据本发明，优选的，所述的ag6在极性有机溶剂的摩尔浓度为10～70μmol·l^-1。

根据本发明，优选的，所述的ag6按如下方法制备得到：

将硝酸银(agno3)水溶液和2-巯基烟酸(h2mna)水溶液混合，超声处理，得到沉淀；向沉淀中逐滴加入氨水，得到溶液，缓慢挥发溶剂使其干燥，得到ag6。

根据本发明，上述银纳米簇荧光囊泡的制备方法，包括步骤如下：

(1)ag6分子的合成

将硝酸银(agno3)水溶液和2-巯基烟酸(h2mna)水溶液混合，超声处理，得到沉淀；向沉淀中逐滴加入氨水，得到溶液，挥发溶剂使其干燥，得到ag6；

(2)银纳米簇荧光囊泡的制备

将ag6溶解到极性有机溶剂中，超声溶解，即得银纳米簇荧光囊泡。

根据本发明的制备方法，优选的，步骤(1)中agno3水溶液的浓度为0.1～1mol·l^-1,h2mna水溶液的浓度0.1～1mol·l^-1；agno3和h2mna的摩尔比为1：(0.8～1.2)，进一步优选1：1；

优选的，超声处理的超声频率为30～50khz，超声功率为140～160w，超声时间为10～30分钟。

根据本发明的制备方法，优选的，步骤(1)中氨水的质量浓度为20～30％；氨水的加入量为将沉淀溶解完全为止。得到的溶液为黄色澄清溶液。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的极性有机溶剂为二甲基亚砜、乙二醇、甲醇或乙腈；

优选的，ag6在极性有机溶剂的摩尔浓度为10～70μmol·l^-1；

优选的，超声溶解的超声频率为30～50khz，超声功率为140～160w，超声时间为5～10s。本发明超声溶解完全后18～25℃下静置20～30h。

根据本发明，上述银纳米簇荧光囊泡在fe³⁺检测中的应用。

本发明的原理：

ag6在适当极性的溶剂中，表现出两亲性，其外围的mna^2-中的羧酸跟离子是亲溶剂，中间的银核以及mna^2-中除羧酸根以外的其他部分是疏溶剂的，mna^2-之间存在着π-π作用，因此，ag6分子之间的两亲性以及π-π作用使得ag6可以聚集形成囊泡。同时配体向金属之间的电子转移作用，配体-配体之间的π-π作用使囊泡表现出荧光的特性。当加入某种特定的金属离子时，金属离子和ag6之间存在着竞争吸收能量的关系，使得ag6无法吸收足够的能量，从而无法发射出荧光，起到了检测特定金属离子的作用。

本发明中，ag6溶解的溶剂是经过大量实验进行创造性选择得到的。如果溶解在水中，则ag6形成不了囊泡，没有荧光效应；对于极性较小的溶剂(如：正庚烷)，ag6则不溶解，更形成不了囊泡。

本发明的突出特点和有益效果是：

1、本发明中ag6是多金属簇合物，属于新型无机材料，结构新颖，性质独特；利用超分子自组装的方法，在特定条件下能够诱导ag6自聚集形成囊泡。ag6形成的超分子囊泡保留了固体状态下的荧光性质。

2、本发明在多种溶剂中均可以制备得到荧光囊泡，且荧光颜色随溶剂的种类不同而变化。

3、本发明的荧光囊泡对fe³⁺的检测具有高选择性，灵敏性。且检测方便，使用手提式紫外灯即可观察到荧光强度的变化，操作简单，易于实现。

4、本发明制备的荧光囊泡在加入fe³⁺后荧光猝灭，继续加入还原剂dl-二硫苏糖醇可以使荧光恢复，不仅起到了双重检测的效果，而且可以多次使用来检测fe³⁺。

本发明所阐述的材料特征用以下方法测试：

1、透射电子显微镜(tem)。通过tem可以观察荧光囊泡的形貌。

2、高分辨透射电子显微镜(hr-tem)。通过hr-tem可以观察荧光囊泡的精细结构。

3、荧光光谱。通过荧光分光光度计测试样品的荧光强度。

4、紫外-可见分光光谱。通过紫外-可见分光光谱可以测定样品的吸收曲线。

附图说明

图1为本发明实施例1所合成的物质ag6的分子结构图。

图2为本发明实施例1中所制备银纳米簇荧光囊泡不同倍率的tem图。

图3为本发明实施例2、3、4制得的银纳米簇荧光囊泡的tem图。其中：(a)为实施例2，(b)为实施例3，(c)为实施例4。其中的插图为更大放大倍率下的图像，标尺为20nm。

图4为本发明实施例1-4所制备银纳米簇荧光囊泡样品的光学照片。其中：(a)为实施例2，(b)为实施例1，(c)为实施例3，(d)为实施例4。

图5为本发明实施例1-4所制备银纳米簇荧光囊泡的荧光光谱图。

图6为本发明实验例1中加入相同浓度(2mmoll^-1)不同种类金属离子于本发明实施例1中制备的银纳米簇荧光囊泡后，样品在波长为365nm的紫外灯照射下的光学照片。

图7为本发明实验例1中加入相同浓度(2mmoll^-1)不同种类金属离子于本发明实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡的荧光光谱图。

图8为本发明实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡中加入金属离子后(i)与加入金属离子前(i0)在波长485nm处的荧光强度比值的柱状图(左)。继续向本发明实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡中加入其他种类的金属离子的体系中加入fe³⁺后,在485nm处(i/i0)比值的柱状图(右)。

图9为本发明实验例2中加入不同浓度fe³⁺于本发明实施例1中制备的荧光囊泡的荧光光谱图。

图10为本发明实验例2中加入不同浓度fe³⁺后(i)于加入fe³⁺前(i0)在波长485nm处的荧光强度的比值变化曲线。

图11为本发明实验例3中向实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡中加入2mmoll^-1fe³⁺，然后再加入dl-二硫苏糖醇的样品变化的光学照片。其中：(a)为实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡，(b)为银纳米簇荧光囊泡加入浓度为2mmoll^-1fe³⁺，(c)为加入fe³⁺后再加入4mmoll^-1的dl-二硫苏糖醇。(a)、(b)、(c)中左侧为日光灯下的照片，右侧为在波长365nm的紫外灯下的照片。

图12为本发明实验例3中向实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡中加入2mmoll^-1fe³⁺后再加入不同量的dl-二硫苏糖醇后，样品的荧光光谱图。

图13为实验例3中向实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡中加入2mmoll^-1fe³⁺后再加入不同量的dl-二硫苏糖醇后(i)与加入dl-二硫苏糖醇(i0)前在波长为485nm处的荧光强度的比值变化曲线。

图14为本发明实验例3中实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡和依次向其中加入2mmoll^-1fe³⁺和dl-二硫苏糖醇后的紫外吸收光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步阐述，但不限于此。

实施例中所用原料均为常规原料，市购产品，其中：agno3购买于天津市科密欧化学试剂有限公司，h2mna购买于西格玛奥德里奇，各种金属盐均为硝酸盐购买于天津市科密欧化学试剂有限公司，溶剂购买于国药集团化学试剂有限公司，使用前不经过处理，直接使用。

实施例1

一种银纳米簇荧光囊泡的制备方法，包括步骤如下：

(1)ag6分子的合成

准确称取1mmol(167mg)的agno3和1mmol(155mg)h2mna固体于圆底烧瓶中，加入6ml的水溶解，在室温下，超声处理20分钟(160w,40khz)，得到沉淀。向沉淀中逐滴加入氨水(25wt％，8滴)，得到黄色的澄清溶液。缓慢挥发溶剂使其干燥，得到ag6。

(2)银纳米簇荧光囊泡的制备

称取1.674mg的ag6溶解到20ml乙二醇中，超声10s使其溶解，再于20℃恒温箱中静置24h，即得。

本实施例得到的ag6的分子结构图如图1所示。由图1可知ag6是一种六核的银纳米簇。

本实施例得到银纳米簇荧光囊泡不同倍率的tem图如图2所示。由图2可知，银纳米簇荧光囊泡呈现为囊泡状态。

实施例2

一种银纳米簇荧光囊泡的制备方法，包括步骤如下：

(1)ag6分子的合成

准确称取2mmol(334mg)的agno3和2mmol(310mg)h2mna固体于圆底烧瓶中，加入6ml的水溶解，在室温下，超声处理20分钟(160w,40khz)，得到沉淀。向沉淀中逐滴加入氨水(25wt％，16滴)，得到黄色的澄清溶液。缓慢挥发溶剂使其干燥，得到ag6。

(2)银纳米簇荧光囊泡的制备

称取1.674mg的ag6溶解到20ml二甲基亚砜中，超声10s使其溶解，再于20℃恒温箱中静置24h，即得。

本实施例得到银纳米簇荧光囊泡的tem图如图3(a)所示。

实施例3

一种银纳米簇荧光囊泡的制备方法，包括步骤如下：

(1)ag6分子的合成

准确称取1mmol(167mg)的agno3和1mmol(155mg)h2mna固体于圆底烧瓶中，加入6ml的水溶解，在室温下，超声处理20分钟(160w,40khz)，得到沉淀。向沉淀中逐滴加入氨水(25wt％，8滴)，得到黄色的澄清溶液。缓慢挥发溶剂使其干燥，得到ag6。

(2)银纳米簇荧光囊泡的制备

称取0.6696mg的ag6溶解到20ml甲醇中，超声10s使其溶解，再于20℃恒温箱中静置24h，即得。

本实施例得到银纳米簇荧光囊泡的tem图如图3(b)所示。

实施例4

一种银纳米簇荧光囊泡的制备方法，包括步骤如下：

(1)ag6分子的合成

准确称取1mmol(167mg)的agno3和1mmol(155mg)h2mna固体于圆底烧瓶中，加入6ml的水溶解，在室温下，超声处理20分钟(160w,40khz)，得到沉淀。向沉淀中逐滴加入氨水(25wt％，8滴)，得到黄色的澄清溶液。缓慢挥发溶剂使其干燥，得到ag6。

(2)银纳米簇荧光囊泡的制备

称取0.6696mg的ag6溶解到40ml乙腈中，超声10s使其溶解，再于20℃恒温箱中静置24h，即得。

本实施例得到银纳米簇荧光囊泡的tem图如图3(c)所示。

实验例1

移取20μl浓度为200mmol·l^-1的金属离子(ba²⁺,zn²⁺,pb²⁺,ni²⁺,mg²⁺,na⁺,cu²⁺,co²⁺,cd²⁺,fe³⁺)的乙二醇溶液于2ml的实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡中，涡旋10s使其混合均匀，静置2小时，在波长为365nm的紫外灯下观察样品，光学照片如图6所示(金属离子的阴离子都是硝酸根)。

分别将银纳米簇荧光囊泡和加入不同种类的金属离子后的样品转移到石英比色皿中，使用荧光分光光度计测试样品的发射光谱图，如图7所示。银纳米簇荧光囊泡中加入金属离子后(i)与加入金属离子前(i0)在波长485nm处的荧光强度比值的柱状图如图8(左)所示。

ag6分子由于配体向金属电荷转移，配体之间的π-π作用，在聚集形成囊泡以后依然保持着原来的发光性质。由图7、8可知，在加入金属离子以后，可以发现只有fe³⁺能完全使荧光猝灭，其他金属离子的加入对荧光强度较小。说明本发明制备的银纳米簇荧光囊泡在检测fe³⁺方面具有高选择性。该现象使用手提式紫外灯和荧光光谱均可以观察，检测结果容易观察、易于测定。

实验例2

移取不同量的fe³⁺的乙二醇溶液于2ml的实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡中，使其浓度由1到1333μmoll^-1，涡旋10s使其混合均匀，静置2小时。将加入不同浓度fe³⁺的样品转移到石英比色皿中，使用荧光分光光度计测试样品的发射光谱图，结果如图9所示。银纳米簇荧光囊泡中加入fe³⁺后(i)与加入fe³⁺前(i0)在波长485nm处的荧光强度比值变化曲线如图10所示。

计算得到，检测线为24.8μmoll^-1，fe³⁺和ag6的作用常数为2.59×10⁴m^-1。说明本发明制备的银纳米簇荧光囊泡在检测fe³⁺方面具有高灵敏性。

实验例3

将实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡中加入2mmoll^-1fe³⁺，然后再加入4mmoll^-1的dl-二硫苏糖醇，分别用日光灯下和365nm波长的紫外灯下样品变化照片如图11所示。其中：(a)为实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡，(b)为银纳米簇荧光囊泡加入浓度为2mmoll^-1fe³⁺，(c)为加入fe³⁺后再加入4mmoll^-1的dl-二硫苏糖醇。(a)、(b)、(c)中左侧为日光灯下的照片，右侧为在波长365nm的紫外灯下的照片。

将实施例1制得的银纳米簇荧光囊泡中加入2mmoll^-1fe³⁺，然后移取不同量的dl-二硫苏糖醇的乙二醇溶液(浓度由0到4.66mmoll^-1)加入其中，涡旋10s使其混合均匀，静置2小时。加入不同量的dl-二硫苏糖醇后，样品的荧光光谱图如图12所示。加入dl-二硫苏糖醇后(i)与加入dl-二硫苏糖醇(i0)前在波长为485nm处的荧光强度的比值变化曲线如图13所示。实施例1制备的银纳米簇荧光囊泡和依次向其中加入2mmoll^-1fe³⁺和dl-二硫苏糖醇后的紫外吸收光谱图如图14所示。

由图12、13、14可知，荧光完全猝灭的银纳米簇荧光囊泡随着dl-二硫苏糖醇的加入开始逐渐恢复，这是由于dl-二硫苏糖醇具有强的还原性，可以使fe³⁺还原为fe²⁺，离子在320nm处的吸收强度明显下降，竞争吸收大大减弱，ag6可以吸收更多的能量从而使荧光恢复。说明本发明的银纳米簇荧光囊泡可以实现对fe³⁺和dl-二硫苏糖醇的双重检测，此外，该银纳米簇荧光囊泡可以重复利用，实现对fe³⁺的多次检测。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。