一种棒状纳米颗粒几何形状的测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于纳米颗粒的测定领域，具体涉及一种棒状纳米颗粒几何形状的测定方 法，特别涉及一种利用差示离心沉降法测定棒状纳米颗粒几何形状的方法。
【背景技术】
[0002] 纳米颗粒指纳米量级的微观颗粒，为至少在一个维度上小于100纳米的颗粒。典 型的纳米颗粒有金属或合金纳米粒子、碳化物或氮化物纳米粒子、
[0003] 纳米颗粒的独特性质不仅与其粒径有关，更大程度上是依赖于颗粒的几何形状。 因此，在溶液中如何准确表征纳米颗粒的几何形状是其在材料、健康、环境，纳米产品等领 域应用的重要环节。
[0004] 现有技术对纳米颗粒几何形状，如金纳米棒，的测定最可靠的测试方法是采用电 镜观察，然后选定一个视野区域，记录每个纳米颗粒的长和宽，再计算平均值，这种方法每 次只能观察记录相对少量的金纳米颗粒（一般统计200个颗粒），重复记录，并进行计算，测 试工作量大，人为因素影响大，而且由于观察的样品颗粒数目有限，所得数据并不能代表整 体样品的真实值，存在较大误差。
[0005] 圆盘离心式纳米粒度分析仪采用的是差示离心沉淀法进行颗粒粒度的测量和分 析。根据斯多克斯定律（Stokes Law)，如果颗粒在液体内的一个重力场中沉淀，沉淀速度 与颗粒粒度直径的平方成正比，粒度相差百分之几的颗粒之间都会有非常显著的沉淀速度 差。圆盘离心式纳米粒度分析仪在一般情况下可以分辨粒度差别小于5%的颗粒，最小可分 辨的粒度差为2%，这比同类其他分析方法的精度都要高很多。而且，它一次性测试颗粒数 目庞大，得到的数据更具统计学的意义，更具代表性。圆盘离心式纳米粒度分析仪标定颗粒 的大小是通过直接物理测量方法校正过的，而且标定颗粒都与美国标准和技术研究院NIST 的其它标准进行过交叉对比，确保均值、峰值宽度或者半峰宽度等方面的误差在±2%之 内。
[0006] 因此，本领域需要开发一种测定棒状纳米颗粒（如金纳米棒等）几何形状的方法， 所述方法能够一次性测量大量的纳米颗粒，并直接得出统计数据，最大限度的排除人为因 素。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种棒状纳米颗粒几何形状的 测定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0008] (1)将棒状纳米颗粒分散在表面活性剂溶液中，得到棒状纳米颗粒分散液，其中， 棒状纳米颗粒周围包覆表面活性剂配体层；
[0009] ⑵采用紫外分光光度计测定棒状纳米颗粒分散液的吸收峰，得到棒状纳米 颗粒的纵向表面共振吸收峰波长，根据式（I)得到棒状纳米颗粒长径比系数β :
[0010] (3)将棒状纳米颗粒分散液注入CPS圆盘离心式纳米粒度分析仪进行差示离心沉 降法测定得到测试粒径Cl ni;
[0011] (4)根据式（II)计算棒状纳米颗粒的直径d。：
[0014] 其中，Clni为差示离心沉降法测定的粒径，β为棒状纳米颗粒长径比比值，d。为棒 状纳米颗粒的直径，Al为配体层厚度，p sS表面活性剂的密度，p p为棒状纳米颗粒的密 度；
[0015] (5)根据式（III)计算棒状纳米颗粒的长度1 :
[0017] 优选地，所述表面活性剂选自能够稳定棒状纳米颗粒的表面活性剂，优选自十六 烷基三甲基溴化铵或聚乙烯吡咯烷酮。
[0018] 针对不同的棒状纳米颗粒，表面活性剂有不同的选择，本领域技术人员可以根据 专业知识和实际情况进行选择。
[0019] 棒状纳米颗粒需要借助表面活性剂稳定分散在溶液中，而棒状纳米颗粒在表面活 性剂溶液中的存在状态是：棒状纳米颗粒周围包覆有配体层，所述配体层由表面活性剂分 子形成，如图1所示。
[0020] 优选地，当棒状纳米颗粒为金纳米棒时，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
[0021] 优选地，当棒状纳米颗粒为银纳米棒时，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮。
[0022] 优选地，所述表面活性剂溶液中，表面活性剂的浓度为1~200 ymol/L，例如 2 μ mol/L、5 μ mol/L、13 μ mol/L、25 μ mol/L、40 μ mol/L、56 μ mol/L、75 μ mol/L、90 μ mol/ L、105 μ mol/L、125 μ mol/L、140 μ mol/L、165 μ mol/L、190 μ mol/L 等。
[0023] 优选地，当棒状纳米颗粒为金纳米棒时，所述表面活性剂为浓度为8~30 μ mol/ L，例如9ymol/L、15ymol/L、22ymol/L等，的十六烷基三甲基溴化铵水溶液，优选 25 μ mol/L的十六烷基三甲基溴化铵水溶液。
[0024] 优选地，所述棒状纳米颗粒分散液中，棒状纳米颗粒的质量浓度为70~90 μ g/g， 例如 72 μ g/g、74 μ g/g、77 μ g/g、82 μ g/g、86 μ g/g、89 μ g/g 等，优选 80 μ g/g。
[0025] 优选地，当棒状纳米颗粒为金纳米棒时，Δ 1为2. 3nm。
[0026] △ 1是根据棒状金纳米颗粒的特性和表面活性剂分子种类决定的一个实际存在的 配体层，很多研究者都研究过这个配体层，所述Al的获得可以通过查阅文献获得。
[0027] 优选地，步骤（3)所述差示离心沉降法的梯度溶液为蔗糖溶液；
[0028] 优选地，所述梯度溶液的梯度个数为9。
[0029] 对于差示离心沉降法的梯度溶液，本领域技术任意可以有多种选择，示例性的可 以是蔗糖，氯化铯等。对于梯度溶液的浓度，本领域技术人员也可以根据实际被测样品情况 和掌握的差示离心沉降法的常规操作进行选择。
[0030] 以蔗糖溶液为例，所述梯度溶液的配制过程示例性的可以是：
[0031] 首先配制8wt%的蔗糖溶液，记为Cl ;然后配制24wt%的蔗糖溶液，记为C2 ;之后 用Cl和C2按不同比例混合得到均匀分布在8wt%~24wt%范围内的9个梯度溶液。
[0032] 优选地，所述差示离心沉降法测定过程中，测定转速为20000~30000rpm，例如 22000rpm、25000rpm、28000rpm 等，优选 24000rpm。
[0033] 优选地，所述差示离心沉降法测定过程中，向测试圆盘中注入的棒状纳米颗粒分 散液的量为 80 ~120 μ L，例如 85 μ L、88 μ L、92 μ L、98 μ L、105 μ L、110 μ L、115 μ L 等，优选 100 μ Lo
[0034] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0035] (1)首次采用CPS圆盘离心式纳米粒度分析仪测定了棒状纳米颗粒的几何形状 (即长、直径和长宽比），为棒状纳米颗粒的应用研究做了准备；
[0036] (2)测试方法简单，重复性好，偏差小，测试量大，一次测量的金纳米棒的个数在千 以上，具有统计学意义。
【附图说明】
[0037] 图1是棒状纳米颗粒在表面活性剂溶液中的存在状态；
[0038] 其中，1为棒状纳米颗粒，2为配体层；
[0039] 图2为制备例1~3得到的金纳米棒紫外吸收谱图；
[0040] 图3为对比例中，LSPR波长为560nm的金纳米棒的透射电镜图；
[0041] 图4为对比例中，LSPR波长为800nm的金纳米棒的透射电镜图；
[0042] 图5为对比例中，LSPR波长为880nm的金纳米棒的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0043] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0044] 制备例1
[0045] LSPR(纵向表面共振吸收峰）位于560nm的金纳米棒样品的制备，包括如下步骤：
[0046] (1)将装有0· IM的CTAB水溶液的圆底烧瓶置于30°C恒温水浴中，向其中加入 0.0 lM的氯金酸水溶液，再加入0.0 lM的硼氢化钠水溶液；搅拌3分钟后，静置2小时，得到 含有金纳米晶的晶种溶胶；
[0047] (2)将0.1 M的CTAB水溶液、0. 025M的氯金酸水溶液、4. 5mL的0.0 lM的硝酸银溶 液、IM的硫酸溶液和0.1 M的抗坏血酸（AA)水溶液混合均匀，得到金纳米棒的生长溶液；将 生长溶液置于恒温水浴中，加入2. 4mL步骤（1)的金纳米晶的晶种溶胶反应12小时；
[0048] (3)向步骤（2)反应后的溶液中加入0. 025M的氯金酸水溶液，反应2小时，即可得 到LSPR位于56