一种聚集诱导发光检测Pb2+的纳米簇复合底物AuNPs@(SG)X的制备方法与流程

本发明属于分析检测技术领域，具体为一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法。

背景技术：

生活中重金属离子的污染日益严重，对人类的健康已经构成严重威胁。其中，铅在环境水样中大量存在，铅对人体健康的危害众所周知，2006年甘肃徽县发生严重的“铅中毒事件”，2009年的湖南省武冈和陕西省凤翔先后发生“铅中毒事件”。其中陕西省凤翔县“铅中毒”事件造成将近九百人的儿童脱发，发育不良，智力受损。2010年，尼日尼亚铅污染事件更是导致250余人死亡。“铅中毒”事件屡次发生，危害触目惊心，让人心痛。铅对人体的危害主要体现在：能够在人体内积聚而引起铅中毒。据世界卫生组织研究报道，现在每天进入人体的铅来自食物的约400μg，水10μg，城市空气26μg。另外，科学研究表明铅对人体血液系统、神经系统、泌尿系统、免疫功能等均能造成破坏作用。对人类危害更大的是铅的致癌性，无机铅已被国际癌研究协会(iarc)列为人类的致癌物。

目前能用于检测铅离子的技术方法很多，其中基于光谱检测的技术方法中除了依赖大型仪器设备(分光光度法、原子吸收仪等)传统/常规方法之外，还有基于染料与重金属离子的显色反应，而这种反应原理对重金属阳离子检测的灵敏度远低于聚集诱导发光原理的应用。近年来，利用荧光纳米簇检测重金属离子的报道大多是基于荧光猝灭机理，因为抑制荧光的化合物较多，导致荧光淬灭较为普遍，对选择性/灵敏度影响较大。另有报道基于聚集诱导发光(aggregation-inducedemission,aie)机理检测重金属阳离子，目前利用金属纳米簇aie原理检测重金属离子研究，主要是利用纳米簇底物遇到待测金属离子后聚集而荧光增强现象，但所制备的金属纳米簇底物大多自身已经具有微弱背景荧光，凭靠荧光增强检测重金属离子，该方法无疑会影响检测灵敏度。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法，采用本发明制备方法制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中纳米金离子分散较好几乎没有重叠及聚集现象，所合成的复合底物混合溶液在可见光下无色、澄清、透明、稳定，且本发明制备的复合底物无自身荧光，选择性强，有利于进一步对金属离子诱导其聚集发光及进行高灵敏传感研究。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

本发明提供一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法，包括以下步骤：

1)将haucl4水溶液和gsh溶液混合，加入超纯水，在一定温度下搅拌后生成絮状沉淀；

2)调节上述混合溶液的ph至5.0～6.0，使沉淀完全溶解，溶液变为澄清透明；

3)老化1.5～3h后，调节混合溶液的ph至7.2～8.5即可获得本发明纳米簇复合底物aunps@(sg)x。

本发明制备过程中，先将haucl4(四氯金酸)和gsh(谷胱甘肽)混合，然后将混合溶液ph调节至5.0～6.0，使沉淀完全溶液，在酸性条件下老化后再调节混合溶液ph至7.2～8.5获得本发明产物aunps@(sg)x。本发明制备方法是获取均相聚集体溶液的最佳优化条件，如果调换了顺序，或者不按照本发明的先在酸性条件下老化然后再调节溶液ph至碱性，将得不到均相的澄清透明的产物溶液，或pb²⁺诱导下聚集反应得到聚集体沉淀，导致对金属离子传感的效果不好。

另外，本发明限定先在酸性调节下老化后再调节至碱性溶液，是因为如果把ph调节至7.5老化，在体系没稳定时会引入过多的na⁺离子，离子强度改变，影响或改变了体系的极性，造成gsh中的巯基与aunps的au配位结合的比例发生重大改变，难以制备出澄清透明的溶液，从而影响产物对pb²⁺的检测效果，使其检测灵敏度下降。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb2+的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法的一个具体实施例，所述aunps@(sg)x中x的取值范围为(7～11):(4～7)。其中，x表示复合底物中au和sg的总体比例，sg为gsh的一个表示方式。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法的一个具体实施例，步骤1)中，所述haucl4水溶液和gsh溶液的摩尔比为1:2.0～3.0，体积比为1:1，所述纯水的体积与haucl4水溶液的体积比为5：1；所述温度为25～35℃；所述搅拌转速为150～250rpm，时间为10～20min。进一步，步骤1)中，所述haucl4水溶液和gsh溶液的摩尔比为1:2.5；所述温度为30℃；所述搅拌转速为200rpm，时间为15min。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法的一个具体实施例，步骤2)中，采用浓度为1.0mol/l的柠檬酸钠对混合溶液的ph进行调节。本发明优选柠檬酸钠对溶液ph进行调节，是因为檬酸钠属于弱碱，处于电离/离解的动态平衡中，在体系尚未稳定时，会起到一定程度上的缓冲能力。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法的一个具体实施例，步骤3)中，采用浓度为1.0mol/l的氢氧化钠对混合溶液的ph进行调节。本发明选用氢氧化钠对溶液的ph进行调节，是因为其他任何金属阳离子的电负性都比na+大，会直接干扰所制备的纳米簇底物，由于粒经会随之发生改变，还很有可能会导致自体荧光或可见光下有色。另外，选择浓氢氧化钠调节，还为尽可能保持溶液体积改变微小量的情况即可调节好ph，同时获得均相复合底物溶液。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb2+的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法的一个具体实施例，包括以下步骤：

1)将1.0ml，浓度为10mmol/l的haucl4水溶液和1.0ml，浓度为25mmol/l的gsh溶液混合，加入5ml的超纯水，在30℃的温度下于200rpm的转速下慢慢搅拌15min，形成絮状沉淀；

2)调节上述混合溶液的ph至5.5，使沉淀完全溶解，溶液变为澄清透明；

3)老化2h后，调节混合溶液的ph至7.5即可获得本发明纳米簇复合底物aunps@(sg)x。

本发明还提供一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x，所述纳米簇复合底物aunps@(sg)x采用上述所述的制备方法制备得到。

本发明还提供所述一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的应用，所述纳米簇复合底物aunps@(sg)x在检测pb²⁺中的应用。

作为本发明所述一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的应用的一个具体实施例，对pb²⁺进行检测的具体步骤为：将纳米簇复合底物aunps@(sg)x加入到含有待测溶液中，获得均相乳白色的聚集体溶液，该溶液在365nm激发光下产生强烈的黄色荧光就说明待测溶液中含有pb²⁺。

本发明方法制备出的纳米簇复合底物aunps@(sg)x自身无荧光，但在pb²⁺离子的作用下自身会发生聚集生成聚集体aunps@(sg)x-pb²⁺，而生成的聚集体在365nm紫外光下能发出强烈的黄光，从而实现对pb²⁺离子的检测，黄光的强度越大，说明pb²⁺离子的含量越高。同时，本发明制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x与其它常见的金属离子作用在365nm紫外光下均不发光，其选择性强，可以不受其它金属阳离子的干扰，提高检测结果的准确性。

本发明的有益效果：本发明提供一种聚集诱导发光检测pb²⁺的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的制备方法，本发明采用haucl4(四氯金酸)与gsh(谷胱甘肽)直接反应一步制得aunps@(sg)x，合成方法较为简单、可控。采用本发明制备方法制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中纳米金离子分散较好几乎没有重叠及聚集现象，所合成的复合底物混合溶液在可见光下无色、澄清、透明、稳定，且本发明制备的复合底物无自身荧光，选择性强，有利于进一步对金属离子诱导其聚集发光及进行高灵敏传感研究。

附图说明

图1为实施例1制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x的电镜图；

图2为实施例1制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x在铅离子诱导作用下形成聚集体的电镜图；

图3为实施例1制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x水溶液和其在pb²⁺作用下聚集形成的均相溶液对比图，其中1为米簇复合底物aunps@(sg)x水溶液，2为其在pb²⁺作用下聚集形成的均相溶液；

图4为实施例1制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x在pb²⁺的作用下发生聚集后溶液的紫外吸收及荧光发射光谱图；

图5为实施例1制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中对au:sg的比例进行分析的malid-tof-ms及tga图，其中a为malid-tof-ms图，b为tga图；

图6为实施例1制备的aunps@(sg)x对常见的14种金属阳离子聚集诱导发光检测结果图；

图7为对比例3不同ph下制备的aunps@(sg)x与pb²⁺的聚集诱导发光强度结果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例纳米簇复合底物aunps@(sg)x的具体制备过程如下：

1)将1.0ml，浓度为10mmol/l的haucl4水溶液和1.0ml，浓度为25mmol/l的gsh溶液混合，加入5ml的超纯水，在30℃的温度下于200rpm的转速下慢慢搅拌15min，形成絮状沉淀；

2)调节上述混合溶液的ph至5.5，使沉淀完全溶解，溶液变为澄清透明；

3)老化2h后，调节混合溶液的ph至7.5即可获得本发明纳米簇复合底物aunps@(sg)x。

本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x呈现出无色澄清透明的水溶液。本实施例制备出的复合底物aunps@(sg)x的电镜图如图1所示，从图1中可以看出，本实施例制备的金纳米粒子的尺度为2～4nm，且au纳米粒子分散性较好、分布也较为均匀，偶尔有重叠现象但没有发现明显的金纳米粒子的聚集现象。当放大倍数为600,000时，可清晰地看见平行排列的晶格条纹(图1中悬浮图)。

将本实施例制备的aunps@(sg)x溶液中加入含有pb²⁺溶液时，其在pb²⁺作用下发生聚集后所形成的均相溶液(不析出沉淀)，常温下可稳定存放15天。本实施例制备的aunps@(sg)x在铅离子诱导作用下形成聚集体的电镜图如图2所示，从图2中可以看出，虽聚集体aunps@(sg)x-pb²⁺单颗粒较小且粒径不均(30-50nm)，但聚集体所形成的网格变大，粘连程度更大，形成了高度聚集且稳定的au…sg…pb立体网状结构且交联到了一起，表明铅离子对aunps@(sg)x诱导聚集的程度较大。

另外，本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x水溶液和其在pb²⁺作用下发生聚集后所形成的均相溶液对比如果3所示，其中1表示制备出的纳米簇复合底物aunps@(sg)x澄清透明的水溶液，2表示aunps@(sg)x在pb²⁺作用下发生聚集后所形成的均相溶液，且在365nm紫外光下发出强烈的黄光。从图3对比可以看出，本实施例制备的纳米簇复合底物呈现出无色澄清透明的水溶液(图3小瓶1)，而在pb²⁺的作用下聚集生成了聚集体，可见乳白色均相溶液且在365nm紫外光下发出强烈的黄光。

本实施例制备的aunps@(sg)x在pb²⁺的作用下发生聚集后溶液的紫外吸收及荧光发射光谱如图4所示。从图4中可以看出，本实施例制备的纳米簇复合底物与pb²⁺作用下在365nm紫外光下其发射的波长在580nm左右，为可见光区的黄光波长。

用malid-tof-ms及tga分析测定所合成的aunps@(sg)x中au:sg之间的比例，其结果分别如图5所示，其中a为malid-tof-ms图，b为tga图。从图5的分析结果表明本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中au:sg的比例为(7-11):(4-7)，即x的值(7-11):(4-7)。本实施例制备合成的aunps@(sg)x中含有au7(sg)4,au8(sg)5,au9(sg)8andau11(sg)7。

为了验证本实施例所制备的纳米簇底物的选择性，我们分别用k+、na+、ca²⁺等环境中常见的14种金属阳离子进行选择性实验，将本实施例制备的aunps@(sg)x加入到上述含有14中常见金属阳离子的溶液中，形成的均相混合溶液放在365nm紫外光下，观察是否有发光现象，其结果如图6所示。从图6中可以看出，常见14种金属阳离子的均相溶液均没有发光现象，结果本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x对这14种金属离子均无聚集发光现象，本发明制备方法制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x具有很好的选择性，能更好的实现对pb²⁺的检测，不会受到其它阳离子的干扰。

实施例2

本实施例纳米簇复合底物aunps@(sg)x的具体制备过程如下：

1)将1.0ml，浓度为10mmol/l的haucl4水溶液和1.0ml，浓度为20mmol/l的gsh溶液混合，加入5ml的超纯水，在25℃的温度下于250rpm的转速下慢慢搅拌10min，形成絮状沉淀；

2)调节上述混合溶液的ph至6.0，使沉淀完全溶解，溶液变为澄清透明；

3)老化1.8h后，调节混合溶液的ph至7.8即可获得本发明纳米簇复合底物aunps@(sg)x。

本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中含有au7(sg)4,au8(sg)5,au9(sg)8和au11(sg)7，对其具体成分含量、au：sg之间的比例、以及在pb²⁺作用下发生聚集体实现对pb²⁺的检测等技术效果均与实施例1类似，在此不做详细说明。

实施例3

本实施例纳米簇复合底物aunps@(sg)x的具体制备过程如下：

1)将1.0ml，浓度为10mmol/l的haucl4水溶液和1.0ml，浓度为30mmol/l的gsh溶液混合，加入5ml的超纯水，在35℃的温度下于150rpm的转速下慢慢搅拌20min，形成絮状沉淀；

2)调节上述混合溶液的ph至5.0，使沉淀完全溶解，溶液变为澄清透明；

3)老化2.5h后，调节混合溶液的ph至8.0即可获得本发明纳米簇复合底物aunps@(sg)x。

本实施例制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x中含有au7(sg)4,au8(sg)5,au9(sg)8和au11(sg)7，对其具体成分含量、au：sg之间的比例、以及在pb²⁺作用下发生聚集体实现对pb²⁺的检测等技术效果均与实施例1类似，在此不做详细说明。

对比例1au与sg的配比对纳米簇复合底物aunps@(sg)x性能的影响

在本发明合成aunps@(sg)x的过程中，au与sg的配比是一个非常关键的因素。因为au:sg光物理属性很大程度上取决于金原子的个数和sg配体的数量。

按照au:sg＝1:0.5、1:1.0、1:1.5、1:2.0、1:2.5、1:3.0、1:3.5、1:4.0进行合成实验(其余反应条件及操作方式与实施例1完全相同)，并将制备的复合底物分别与pb²⁺反应，以是否能形成较为稳定的均相溶液为标准优化au:sg的配比，最终确定au:sg最佳配比为1:2.0～3.0(摩尔比)。在此配比下制备的纳米簇复合底物aunps@(sg)x与pb²⁺聚集后能形成均相溶液，可作为对重金属pb²⁺离子的传感研究。而在其他配比条件下制备的纳米簇复合底物与pb²⁺聚集后均不能形成均相溶液，这是因为较低的au:sg比例(1:0.5,1:1.0和1:1.5)和较高的au:sg比例(1:3.5和1:4.0)与pb²⁺混合后会形成较大的au纳米晶而发生沉淀，不利于对其发光属性做进一步研究。

对比例2不同温度对纳米簇复合底物aunps@(sg)x性能的影响

对于本发明gsh包覆aunps合成过程中另一个关键的因素是温度。在不同的温度下(10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，50℃，60℃)进行合成实验(其余反应条件及操作方式与实施例1完全相同)，然后添加pb²⁺研究不同温度对合成的纳米复合底物aunps@(sg)x聚集发光效果的影响。

结果表明，在温度低于25℃，由于au(i)-sg没有被充分还原而存在不溶性的au(i)-sg复合物聚集体，形成较大的絮状沉淀，导致与pb²⁺聚集发光强度较微弱；而较高温度高于35℃时，发现所合成的纳米复合底物aunps@(sg)x与pb²⁺反应后瞬间产生大量絮状沉淀，不利于作为pb²⁺传感做进一步应用性评估。因此本发明制备方法的最佳反应温度为25～35℃。

对比例3不同ph对纳米簇复合底物aunps@(sg)x性能的影响

调节ph值可以直接控制金纳米粒子的尺度，从而会影响金纳米表面的光学特征等。本对比例分别考察了酸性、中性、碱性(ph2-12)环境中制备的aunps@(sg)x与pb²⁺的聚集发光强度。在具体制备过程中，只需将实施例1中步骤3)的ph值进行调整，其余反应条件及操作方式与实施例1完全相同。不同ph下制备的aunps@(sg)x与pb²⁺的聚集发光强度结果如图7所示。

实验结果表明：

当ph<5.5时，所合成的纳米簇复合底物aunps@(sg)x水溶液有大量沉淀，与pb²⁺作用后aunps@(sg)x-pb²⁺几乎不发生聚集发光现象；

当ph＝9.5～10.5，与pb²⁺作用后aunps@(sg)x-pb²⁺较为微弱的聚集发光；

当ph>10.5时，与pb²⁺作用后aunps@(sg)x-pb²⁺几乎没有聚集现象；

当ph值5.5～9.0时，aunps@(sg)x溶液澄清透明，其中当ph为7.2～8.5，特别是ph＝7.5时，aunps@(sg)x-pb²⁺聚集发光强度最佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。