专利名称：高灵敏高选择性检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针的制作方法
技术领域：
本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体涉及一种基于荧光性质变化的原理检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针。
背景技术：
环境问题是人们新世纪最为关注话题之一，而水污染又是环境污染急需解决的重要问题。水中污染最多就是重金属的危害。重金属汞在自然界以无机汞或有机汞的形式存在，通过生物链的积累，汞金属可以在生物体内富集。汞及其化合物对人体的损害与进入体内的汞量有关。汞对人体的危害主要累及中枢神经系统、消化系统及肾脏，此外对呼吸系统、皮肤、血液及眼睛也有一定的影响。美国和欧洲对饮用水中汞的含量要求极低，必须达到纳摩尔级别。汞离子的检测方法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法等，这些方法相对费力、费时、费用昂贵和需要多步的样品处理。目前，中国专利公开号CN101038286A、CN1967218A和CN101672780A报道了汞离子的检测方法主要有吸附法、比色法和荧光变化，这些方法对汞离子的检测主要基于具有配位功能的有机物和生物分子吸附，这些分子的不稳定性，限制了这些检测方法的实际应用。
发明内容
本发明提供一种银纳米簇荧光探针，用于高灵敏、高选择性地检测水中痕量汞离子，且其检测下限达到纳摩尔(PPb)级别。这种探针基于荧光功能的金属纳米结构，具有水中分散性好，荧光强度高，稳定性好等特点(图1)。另外，荧光探针制备条件温和，方法简单。汞离子的加入检测到纳米探针的荧光强度发生明显变化(图幻，且这种荧光检测对汞离子有很高的选择性，对其他金属离子基本上没有变化(图3)；同时即使汞离子和其它干扰离子共存时，纳米荧光探针对汞离子的检测依然有效(图4)，表明这种探针具有很高的稳定性和实用性。本发明所述的一种高灵敏、高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，银纳米簇由1到几百个银原子组成，银纳米簇的尺寸小于3nm，荧光探针室温下发出强的可见荧光，其发射波长范围为400 800nm，其由如下方法制备1)在离子浓度为 0. 01 100mmol/L 的 Ag+溶液中(可以是 AgNO3, CH3COOAg, AgF， A&S04，AgClO4)，加入含巯基化合物(其结构通式为R-(CH2)n-SH, η = 1 14 ；R可以是-CO 0H、-0H、-S03H、-S02H、-C0C1、-SO2Cl或-NH2)或者含巯基生物分子(谷胱甘肽、含巯基氨基酸或含巯基蛋白等)作为稳定剂(巯基化合物或含巯基生物分子与Ag+的摩尔比为1 0.2 1)，调节反应体系的PH值为6 13 ；2)向上述反应体系中加入还原剂(可以是硼氢化钠、水合胼或硼氢化锂等，还原剂与Ag+的摩尔比为1 5 1)，室温下搅拌0.5 Mh，再加入异丙醇(异丙醇与Ag离子的摩尔数比为100 200 1)作为沉淀剂，沉淀后离心，获得的固体产物即为本发明所述的纳米荧光探针，将其重新分散到水中制备成溶液(银纳米簇的浓度为0. 01 IOOmmol/L)，用于检测。进一步的，步骤1中所述的Ag+离子的浓度为5 50mmol/L，反应体系的pH值为 8 10 ；步骤2中的加入还原剂后室温下的搅拌时间为4 9h。
图1 本发明所制备的银纳米簇探针的荧光光谱；图2 荧光银纳米簇作为探针对不同浓度汞离子的荧光光谱图；图3 银纳米簇荧光探针对汞离子及其它离子的荧光淬灭柱状图；图4 汞离子加入以及干扰离子共同存在下荧光探针的荧光光谱图；本发明制备的银纳米簇荧光探针材料在水中有很好的分散性，室温下显示优良的荧光性质，如图1所示。银纳米簇探针在室温下发出红色荧光，其最大发射峰位在620nm，半峰宽为IOOnm ；插图显示银纳米簇荧光探针均勻地分散在水中，表明纳米探针材料在水中具有很好的分散性。这种荧光材料可以作为探针检测水中痕量汞离子，当溶液中加入痕量的汞离子 (10_1(IM，相当于0.02ppb)时，纳米探针的荧光强度就会发生明显变化；随着汞离子浓度的增加，荧光性质变化增大，而且荧光强度与汞离子浓度的对数值呈线性变化规律，如图2。这意味着这种荧光探针可以定量地对汞离子浓度进行检测，该检测方法具有很高的灵敏性， 对汞离子浓度的检测下限可以达到纳摩尔(PPb)级别。同时，实验表明这种银纳米簇荧光探针对汞离子的检测具有很高的选择性，当其它离子(可以是 Al3+，Cd2+，Zn2+，Fe3+，Pb2+，Mg2+，Mn2+，Ni2+，K+，Ca2+，Na+)存在浓度为 1(Γ6Μ 时，纳米探针的荧光强度几乎不变化，而当汞离子浓度为KT6M时，荧光强度变化率可以达到80%，如图3。一个显著的特点就是荧光探针检测汞离子具有良好的稳定性，基本不受环境的影响，当检测微量汞离子体系中，即使溶液中同时存在高于汞离子浓度IO7倍的其它干扰离子时，荧光探针对汞离子的检测下限依然能达到纳摩尔级，如图4。图如-d分别显示当荧光探针中加入KTi3M汞离子时，荧光强度有明显变化，同时在体系中再分别加入高浓度的干扰离子Na+，K+，Ca2+和Mg2+时，体系的荧光强度没有变化，说明该荧光探针对汞离子检测具有良好的稳定性，不受干扰离子的影响。
具体实施例方式实施例1在10mL、浓度为30mmol/L的AgNOyK溶液中(Ag+离子的摩尔数为0. 3mmol)，加入 0. 3mmol牛血清蛋白，使用NaOH调节溶液的pH值为9，再加入0. 6mmol还原剂水合胼，室温反应他，得到橙黄色溶液；然后加入50mL异丙醇作为沉淀剂，沉淀后离心，所得的固体样品即为纳米荧光探针。将其重新分散到IOmL水中，其浓度为30mmol/L，用于后面内容中对汞离子的检测应用。对汞离子的检测；取0. 5mL的纳米荧光探针水溶液，逐渐加入先前配制好的汞离子溶液，使每个测试溶液中的汞离子浓度分别是ιο,Μ、10_9μ、10_8μ、10_7μ、10_6μ和10_5Μ，使用SiimadZU RF-5301PC荧光光谱仪测试不同汞离子浓度下纳米探针的荧光强度变化。
对汞离子检测的高选择性测试取0. 5mL的纳米荧光探针水溶液，分别配制成总体积为3mL的水溶液12份，向每一份中加入一种检测的金属离子，依次为Hg2+、Al3+、Cd2+、 Zn2\ Fe3\ Pb2\ Mg2+、Mn2+、Ni2+、K+、Ca2+和Na+，使每份测试溶液中的金属离子浓度达到一致， 即ΙΟ—Μ，使用Siimadzu RF-5301PC荧光光谱仪测试不同金属离子对纳米探针荧光性质的影响，确定该纳米探针对汞离子检测具有高选择性。纳米探针对汞离子荧光检测的稳定性取0. 5mL的纳米荧光探针水溶液，加入 10- 的汞离子，分别向该溶液里加入干扰离子(如K+，Ca2+，Na+, Mg2+)，干扰离子浓度为汞离子浓度的IO7倍，使用Siimadzu RF-5301PC荧光光谱仪测试纳米探针对汞离子的荧光检测，确定干扰离子的存在基本不影响纳米探针对汞离子的检测。实施例2在10mL、浓度为20mmol/L的CH3COOAg水溶液中(Ag+离子的摩尔数为0. 2mmol)， 加入0. 3mmol巯基丙酸，使用NaOH调节溶液的pH值为8，再加入0. 6mmol还原剂硼氢化钠， 室温反应证，得到橙黄色溶液；然后加入50mL异丙醇作为沉淀剂，沉淀后离心，所得的固体样品即为纳米荧光探针。将其重新分散到IOmL水中，其浓度为20mmol/L，用于后面内容中对汞离子的检测应用。对汞离子的检测操作与实例1相似，不同之处在于实施例2的检测限为2X 10_1(IM。 对汞离子检测的高选择性和稳定性的测试实例1相似一致，其结果相似。
权利要求
1.一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于银纳米簇由1到几百个银原子组成，银纳米簇的尺寸小于3nm，荧光探针室温下发出强的可见荧光，其发射波长范围为400 800nm，并且其由如下方法制备1)在离子浓度为0.01 lOOmmol/L的Ag+溶液中，加入含巯基化合物或者含巯基生物分子作为稳定剂，巯基化合物或含巯基生物分子与Ag+的摩尔比为1 0. 2 1，调节反应体系的PH值为6 13 ；2)向上述反应体系中加入还原剂，还原剂与Ag+的摩尔比为1 5 1，室温下搅拌 0.5 Mh，再加入异丙醇作为沉淀剂，异丙醇与Ag离子的摩尔数比为100 200 1，沉淀后离心，获得的固体产物即为本发明所述的纳米荧光探针。
2.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于=Ag+ 溶液是 AgN03、CH3COOAg, AgF、Ag2SO4 或 AgC104。
3.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于含巯基化合物的结构通式为R-(CH2)n-SH,其中η = 1 14，R为-C00H、 -0H、-S03H、-S02H、-COCl、-SO2Cl或-NH2 ；含巯基生物分子是谷胱甘肽、含巯基氨基酸或含巯基蛋白。
4.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于还原剂是硼氢化钠、水合胼或硼氢化锂。
5.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于异丙醇与Ag离子的摩尔数比为100 200 1。
6.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于=Ag+离子的浓度为5 50mmol/L。
7.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于反应体系的PH值为8 10。
8.如权利要求1所述的一种高灵敏高选择性地检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针，其特征在于加入还原剂后室温下的搅拌时间为4 9h。
全文摘要
本发明属于纳米荧光材料技术领域，具体涉及一种基于荧光性质变化的原理检测水中痕量汞离子的银纳米簇荧光探针。该探针用于高灵敏、高选择性地检测水中痕量汞离子，且其检测下限达到纳摩尔(ppb)级别。这种探针基于荧光功能的金属纳米结构，具有水中分散性好，荧光强度高，稳定性好等特点。另外，荧光探针制备条件温和，方法简单。汞离子的加入检测到纳米探针的荧光强度发生明显变化，且这种荧光检测对汞离子有很高的选择性，对其他金属离子基本上没有变化；同时即使汞离子和其它干扰离子共存时，纳米荧光探针对汞离子的检测依然有效，表明这种探针具有很高的稳定性和实用性。
文档编号G01N21/64GK102516997SQ20111040908
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者崔占臣, 张丹, 徐琳, 杨柏, 林权, 王传洗, 王寓 申请人:吉林大学