一种强散射强度的银纳米粒子合成及检测硫离子的方法
【专利摘要】一种强散射强度银纳米粒子的合成方法，本方法首先以变性天然鱼精DNA为稳定剂来合成强散射强度的银纳米粒子，并基于硫离子对银纳米粒子的光散射强度减弱作用，建立了检测硫离子的分析方法。该体系在467 nm处光散射强度最大，且光散射强度变化值与硫离子浓度呈线性关系(RLS=5.12×109c?61.50,r=0.9915)，线性范围为5.0×10?9?1.0×10?7mol L?1，检测限为2.8×10?9mol L?1(3s/k)。基于此线性关系，可以成功检测实际水样中硫离子的含量。
【专利说明】
-种强散射强度的银纳米粒子合成及检测硫离子的方法
技术领域
[0001] 本发明设及材料领域，具体地说，是提供了一种新的具有强散射特征的银纳米粒 子制备方法，并W银纳米粒子的光散射性质为基础，建立一种检测水样中硫离子含量的方 法。
[0002]
【背景技术】： 银纳米粒子是一种新型的功能材料，显示出不同于常规材料的热、光、电、磁、和催化等 一系列优异的物理、化学性能。因此，在生物、医药W及环境等领域中具有广泛的应用前景， 如用于生物成像、生化分析检测、光电器件、光催化、金属离子检测及双光子成像等。
[0003] 另一方面，硫离子会损害粘膜并且可W导致昏迷和呼吸问题，质子化了的HS-或硫 化氨甚至比硫离子本身更有毒。如低浓度（50 ppm)硫化氨可W刺激结膜，而在稍高浓度 (500 ppm)就会导致永久性的损伤大脑组织，导致意识丧失，甚至窒息死亡。因此，硫离子检 测具有重要的实际应用价值。目前，常见的检验硫离子的方法有比色法、电化学分析方法、 气相色谱法、毛细管电泳法等，尽管W上方法灵敏度较好，但是它们对设备和试剂的要求 高，而且操作复杂。
[0004] 所W，通过新途径合成具有特定性能的银纳米粒子，并W其为基础建立操作简单、 反应快速、成本低的检测硫离子的方法是本领域重要的研究方向。本实验W天然变性鱼精 DNA为稳定剂，抗坏血酸为还原剂，与硝酸银在40 °C的水浴中加热揽拌反应4.0 h，得到具 有强散射强度的银纳米粒子。基于硫离子可W减弱合成的银纳米粒子的光散射强度，建立 了一种简单的检测硫离子的方法，该方法使用的试剂便宜、操作简单、灵敏度高，能对水样 品中痕量硫离子进行定量检测。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在开发一种新的具有强散射特征的银纳米粒子制备方法，并W银纳米粒 子的光散射性质为基础，建立一种检测水样中硫离子含量的方法，利用硫离子可W减弱银 纳米粒子的光散射强度，建立了一种简单的检测硫离子的方法，该方法试剂便宜、操作简 单、灵敏度高，能对痕量硫离子进行定量分析检测。
[0006] 本发明采用的技术方案:一种强散射强度的银纳米粒子的合成方法，包括步骤： (1) 所用溶液的准备 制备0.08g L-1 变性的鱼精DNA溶液、0.005 mol L-iAgN〇3溶液、0.075 mol L-1 VC溶液、 0.2 mol L-1 NaOH溶液、0.001 mol L-i^2S储备液备用； (2) 强散射银纳米粒子的制备 取变性DNA(0.08gL-l)溶液29.4份加入0.6份AgN03(0.005 molL-l)溶液，置于冰箱 中24 h后，使银离子充分吸附到DNA上，得DNA与银离子的混合溶液;按体积份计，取4.0份的 VC (0.075 mol L-i)、5.0 份化0H (0.2 mol L-i)、1.0 份超纯水、30.0 份 DNA与银离子 的混合溶液于烧杯中，在40 °C的水浴中加热揽拌4.0 h，制得具有强散射强度的银纳米粒 子。
[0007] 步骤（2)中溶液最终浓度 CssDNA =0.0588 g L-i，CAgN〇3 =7.5Xl〇-5mol L-i，cvc= 7.5X10-3 mol L-i，CNa〇H=2.5Xl〇-2 mol [1。
[0008] -种利用权利要求1所述的强散射强度的银纳米粒子检测硫离子的方法，包括步 骤： (1) W稀释一定倍数的银纳米粒子溶液为探针，将硫离子溶液加入到探针溶液中，反 应20min后，会导致光散射强度减弱，建立光散射强度变化值（Λ/ )与硫离子浓度(C)之间的 定量关系，.邊I与硫离子浓度(C)之间的定量关系为簿1=5.12 X 109c - 61.50 (C, mol/ L，r=0.9915)D
[0009] (2) W稀释一定倍数的银纳米粒子溶液为探针溶液，将待检测溶液加入到探针溶 液中，反应20 min后，根据与硫离子浓度（C)之间的定量关系：d；=5.12X109c- 61.50 (C，mol/L，r=0.9915)，实现对待测溶液中硫离子浓度的检测。
[0010] 所述定量关系是基于:银纳米粒子在467 nm处光散射光谱强度的变化值（Λ/ )与 硫离子浓度(C)之间存在的线性关系建立的。
[0011 ] 所述步骤（2)中硫离子与银纳米粒子的反应时间为20 min,用化itton-Robinson 缓冲溶液控制反应体系的pH值为4.78。
[0012] 本发明在40 °C的水浴下，W天然鱼精DNA为稳定剂，用抗坏血酸为还原剂，与硝酸 银在40 °C的水浴中加热揽拌反应4.0 h，得到强散射强度的银纳米粒子。W稀释一定倍数 的银纳米粒子溶液为探针，将硫离子溶液加入到探针溶液中，反应20 min后，会导致光散射 强度减弱，建立光散射强度的减小值与硫离子浓度之间的定量关系，最终实现检测溶液中 硫离子的浓度。构建的硫离子检测方法，具有很高的灵敏度和选择性，检测过程简单、快速， 无需任何预处理，可W应用于实际水样中硫离子的含量检测，有实际应用前景。
【附图说明】
[OOU]图巧合成的银纳米粒子(1)和银纳米簇(2)的光散射对比图； 图2合成的银纳米粒子的TEM图； 图3为1.0' 10-7 mol [1的各种阴离子对银纳米粒子光散射改变柱状图； 图4为银纳米粒子检测硫离子光散射强度变化图。
[0014]具体实施例： W下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。
[001引（1)所用溶液的准备： 0.0080 g鱼精DNA溶解在100血的超纯水中，放入沸水浴中加热15-20 min后骤然冷 却就得到了变性的鱼精DNA溶液；称取0.085 g AgM)3固体溶解在超纯水中，制得lOOmL 0.005 mol L-iAgN03溶液;称取0.660?抗坏血酸(VC)溶解在超纯水中，制得50 mL 0.075 mol [1 VC溶液;称取0.400g氨氧化钢固体溶解在超纯水中，制得50血0.2 mol [1 NaOH 溶液;称取0.0120g九水硫化钢固体溶解在超纯水中，制得50mL 0.001 mol L-i化2S储备液， 并由此溶液稀释得到一系列的NasS溶液。
[0016] (2)强散射银纳米粒子的制备过程 取29.4血变性DNA(0.08gL-l)溶液加入0.6血AgN03(0.005 molL-l)溶液，置于冰 箱中2 4 h后，使银离子充分吸附到D N A上，得D N A与银离子的混合溶液。取4 . ο m L的V C (0.075 mol L-i)、5.0 血化OH (0.2 mol [ι)、1.0 血超纯水、30.0 mL DM与银离子的混 合溶液于烧杯中，在40 °C的水浴中加热揽拌4.0 h，制得了具有强散射强度的银纳米粒子。 溶液中各物质的最终浓度分别为：CssDNA =0.0588 g L-1，CAgN03 =7.5Xl0-5mol L-i，cvc= 7.5X10-3 mol L-i，CNa0H=2.5Xl0-2 mol [1。
[0017] (3)强散射银纳米粒子的制备条件优化 各物质的浓度(合成溶液中的最终浓度)对合成的银纳米粒子的影响，主要从合成的银 纳米粒子散射强度的相对大小进行考察。
[0018] DNA的浓度对合成的强散射银纳米粒子的光散射强度有影响，探讨了DNA最终溶液 分别为0.00735 g L-1，0.0147 g L-1，0.0294 g L-1，0.0441 g L-1，0.0588 g L-1， 0.0735 g 1/1时，对合成的银纳米粒子的光散射强度的影响，当最终溶液中DNA的浓度为 0.0441 g 1/1，0.0588 g 1/1时光散射强度较强，而DNA浓度为0.0588 g 1/1光散射强度最 强，最终优选浓度为0.0588 g [1。
[0019] 银离子的浓度对合成的强散射银纳米粒子的光散射强度有影响，探讨了最终溶液 中银离子浓度分别为7.5'l〇-6mol L-1，7.5'l〇-5mol L-1，1.125'l〇-4mol L-1，1.5'1〇-4 mol ?Λ 2.25'10-4 mol 1/咐，对合成的银纳米粒子的光散射强度的影响，当溶液中银离 子的最终浓度为7.5'l(T5mol 1/1，1.125'l(T4mol 1/1时光散射较强，而银离子浓度为 7.5^10^ mol [1光散射强度最强，最终优选浓度为7.mol [1。
[0020] VC的浓度对合成的强散射银纳米粒子的光散射强度有影响，探讨了最终溶液中VC 浓度分别为 1.5'l〇-3mol L-1，3.0'l〇-3mol L-1，4.5'l〇-3mol L-1，7.5'l〇-3mol L-1， 9.(Τ10-3 mol 1/1时，对合成的银纳米粒子的光散射强度的影响，当最终溶液中VC的浓度为 4.5'l〇-3mol [1，7.5'l0-3mol [1 时光散射强度较强，而VC浓度为7.5'l0-3mol [1 光散 射强度最强，最终优选浓度为7.5'10-3 mol [1。
[0021] NaOH的浓度对合成的强散射银纳米粒子的光散射强度有影响，探讨了最终溶液中 NaOH浓度分别为0.005mol [1，O.Olmol [1，0.015mol [1，0.025mol [1，0.03mol [1 时对合成的银纳米粒子的光散射强度的影响，当最终溶液中化OH的浓度为0.015mo 1 L-i， 0.025mol L-咐光散射强度较强，而化OH浓度为0.025mol L-i光散射强度最强，最终优选浓 度为0.025mol [1。
[0022] 反应溫度对合成的强散射银纳米粒子的光散射强度有影响，探究了反应溫度分别 为25 °C，35 °C，40 °C，45 °C，50 °C，55 °別寸对合成的银纳米粒子的光散射强度的 影响，当反应溫度为40 °C，45 °C时光散射强度较强，而当溫度为40 °別寸光散射强度最 强，最终优选溫度为40 °C。
[0023] (4)强散射银纳米粒子的表征 合成的银纳米粒子溶液稀释100倍后，在巧光分光度计上Wlex =le"的方式进行同步扫 描，得到光散射光谱如图1中曲线1所示，光散射光谱表明，溶液稀释100倍后在467 nm处还 显示很强光散射强度，说明合成的银纳米粒子具有很强的光散射特性。表现出与强还原剂 化BH迹原制备的银纳米簇的光学性能完全不同（如图1中曲线2所示）。同时，对银纳米粒子 进行TEM表征（图2)，可W发现合成的银纳米粒子的大小在80 nm左右，且分散性好。
[0024] (5)强散射银纳米粒子用于硫离子检测的条件优化 硫离子与银纳米粒子的反应时间及反应体系的pH值对硫离子的检测有较大影响，主要 从其对光散射强度的改变值的影响进行考察。
[0025]硫离子与银纳米粒子的反应时间对硫离子的检测有影响，探究了反应时间在0-40 min内光散射强度的改变值，当反应时间达到20 min时，光散射强度改变值达到最大，所W 选用20 min为最佳的检测时间。
[00%]体系的抑值对硫离子的检测有影响，用化itton-Robinson缓冲溶液控制酸度，探 究了pH值分别为 1.81，2.87，3.78，4.78，5.72，6.8，7.96，8.69时，对检测硫离子的 影响，在抑为4.7別寸，光散射强度的改变值达到最大，所W选用最优的抑为4.78。
[0027] (6)强散射银纳米粒子对硫离子检测的选择性探讨 取18支2.0 ml离屯、管，标上A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、0、P、Q、R号，分别向A~R号 18支离屯、管中加入20 mL银纳米粒子水溶液和200 mL化itton-Robinson缓冲溶液（pH 4.78)，再向离屯、管中依次加入200 化1.0'1〇-6 111〇11/1分别含84〇72-，6'-，化〇3-，（：1-， Cl〇4_，C2O42-，CO32-，EDTA2-, F，Γ,肥〇3_，N02_，N03_，S2-，S2O32-，SO32-，SO42-，半 脫氨酸的溶液，最后加入二次蒸馈水定容至2.0 mL，反应20 min后，将离屯、管中溶液依次在 巧光分光光度计上测试体系的光散射光谱，并与空白溶液的光散射光谱进行比较，分别计 算各物质引起的光散射强度的改变值(图3)。结果表明，常见的阴离子和含硫元素的半脫氨 酸对硫离子检测影响很小，说明该探针对硫离子检测具有较高的选择性。
[0028] (7)强散射银纳米粒子对硫离子检测的分析参数 取7支离屯、管，分别标上4、8、(：、0、6少、6号，向4~6号7支离屯、管中加入2〇1^银纳米粒子 水溶液和200 mLBritton-Robinson缓冲溶液(pH4.78)，再向离屯、管中依次分别加入浓度 为0、5.0X 1〇-8、1.0 X10-7、2.5 X10-7、5.0 X10-7、7.5X10-7、1.0X10-6 mol [1 的硫离子溶 液200 mL，最后加入二次蒸馈水定容至2.0 mL，待反应20 min后，将各个离屯、管中的溶液依 次在巧光分光光度计上测试光散射光谱，记录银纳米粒子在不同硫离子浓度存在下的光散 射光谱，结果见图4,与空白溶液的光散射光谱图对照，计算在467 nm处的强度变化值（?/ )，.兹/与硫离子浓度（C)之间的定量关系为：Α/=5.12 X 109c - 61.50 (C, mol/L，r= 0.9915)。
[0029] (8)强散射银纳米粒子应用于实际样品中的硫离子检测 根据A/=5.12 X 109c - 61.50,按照上述检测硫离子溶液浓度的方法，将硫离子溶 液换作实际水样，对实际水样中硫离子的含量进行了检测，结果见表1。
[0030] 检测结果表明，检测的相对误差为3.09%，为进一步验证方法的可靠性，对实际水 样品进行了加标回收实验，回收率为101.6%，表明方法用于水样中的硫离子测定可靠。
[0031] 还需要说明的是，本发明的具体实施例只是用来示例性说明，并不W任何方式限 定本发明的保护范围，本领域的相关技术人员可W根据上述一些说明加 W改进或变化，但 所有运些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种强散射强度的银纳米粒子的合成方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 所用溶液的准备 配制0.08g L-1 变性的鱼精DNA溶液、0.005 mol L-iAgN〇3溶液、0.075 mol L-1 VC溶液、 0.2 mol L-1 NaOH溶液、0.001 mol L-i^2S等储备液； (2) 强散射强度银纳米粒子的制备 取变性0酷（0.08邑[1)溶液29.4份加入0.6份4邑側3(0.005 111〇11/1)溶液，置于冰箱中 24 h后，使银离子充分吸附到DNA上，得DNA与银离子的混合溶液;按体积份计，取4.0份的VC (0.075 mol [1)、5.0 份化0H (0.2 mol L-i)、1.0 份超纯水、30.0 份 DNA与银离子的混 合溶液于烧杯中，在40 °C的水浴中加热揽拌4.0 h，制得具有强散射强度的银纳米粒子。2. 根据权利要求1所述的一种强散射强度的银纳米粒子的合成方法，其特征是：步骤 (2)中溶液最终浓度CssDNA =0.0588 g L-1，CAgN〇3 =7.5Xl〇-5mol L-i，cvc= 7.5X10-3 mol L-i，CNa〇H=2.5Xl〇-2 mol L_i。3. -种利用权利要求1所述的强散射强度的银纳米粒子检测硫离子的方法，其特征在 于包括步骤： (1) W稀释一定倍数的银纳米粒子溶液为探针溶液，将硫离子溶液加入到探针溶液 中，反应20min后，会导致体系共振光散射强度减弱，进而建立共振光散射强度变化值（ )与硫离子浓度（C)之间的定量关系为：.么1' =5.12X1〇9c - 61.50 (C, mol/L，r = 0.9915); (2) W稀释一定倍数的银纳米粒子溶液为探针溶液，将待检测溶液加入到探针溶液 中，反应一定时间后，根据義f=5.12 Xl〇9c - 61.50 (C，mol/L，r=0.9915)，实现对待检 测溶液中硫离子浓度的定量检测。4. 根据权利要求3所述的检测硫离子的方法，其特征在于，所述定量关系是基于银纳米 粒子在467 nm处的共振光散射光谱强度的变化值（.M')与硫离子浓度(C)之间存在的线性 关系建立的。5. 根据权利要求3所述的检测硫离子的方法，其特征在于，步骤(2)中硫离子与银纳米 粒子的最佳反应时间为20 min,用化itton-Robinson缓冲溶液控制反应体系的pH值为 4.78。
【文档编号】G01N21/47GK105834445SQ201610170396
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】龙云飞, 邝阳芳, 梁胜, 陈述
【申请人】湖南科技大学