红色荧光银纳米团簇及其制备方法和检测铜离子的应用

1.本发明涉及银纳米团簇的制备，特别涉及一种红色荧光银纳米团簇及其制备方法和应用。


背景技术：

2.铜作为人体必需的微量元素，在中枢神经系统、免疫系统、骨组织和内脏系统的发育和功能维持中发挥着重要作用。然而，人体对cu
2
的过量摄入可能会导致多种疾病，如肾、肝损伤和神经系统损伤，对身体造成不良影响。因此，建立一种高选择性、快速地检测痕量cu
2
的方法具有重要意义。
3.近年来，荧光分析法由于操作便捷、灵敏度高、信号响应快、成本低、实时检测且对样品几乎无损伤等优点，在分析检测领域被广泛研究。在已报道的荧光材料中，金属纳米团簇因其优异的光学性质，如斯托克斯位移大、良好的耐光漂白性能和稳定的发光性能而备受关注。银纳米团簇逐渐成为金属纳米材料中重要的研究部分。在合成中，因为巯基与金属有很强的作用力，硫醇小分子则被广泛用作金属纳米簇的保护剂。saifei pan等将硝酸银与硫代水杨酸(tsa)混合溶液添加到乙醇溶液中，并在氮气保护下将混合物于80℃的条件下加热剧烈搅拌2小时后，得到银纳米团簇溶液(journal of materials chemistry b,2018,6:3927-3933)。cong tang等硝酸银与谷胱甘肽(gsh)在100℃的高温下合成银纳米簇(analytical chemistry,2017,89(9):4994-5002)。mostafa farrag等硝酸银和2-苯乙硫醇(phch2ch2sh)溶解于甲醇中，在冰冷条件下滴加新鲜制备的nabh4溶液，经离心后收集沉淀，用甲醇反复洗涤得到银纳米团簇。
4.上述这些方法或需要在加热的条件下合成或需要在低温下合成，对反应温度的要求比较高；还有些纳米簇的合成还需要有机试剂的加入。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种红色荧光银纳米团簇及其制备方法和应用，至少获得一种灵敏检测铜离子的红色荧光银纳米团簇。
6.为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种红色荧光银纳米团簇的制备方法，以5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠为保护剂，硼氢化钠为还原剂，硝酸银溶液作为基体，通过“一锅法”制备得到红色荧光银纳米团簇溶液。
7.进一步地，以上方法包括步骤：
8.步骤一，将5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和硝酸银溶液混合均匀，加入硼氢化钠溶液搅拌均匀；
9.步骤二，室温反应6-36h，待反应后取出得到红色荧光银纳米团簇水溶液。
10.进一步地，步骤一中，以体积份数计，将5-30份5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5份5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，加入0.1-0.5份0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀。
11.进一步地，所述硝酸银和硼氢化钠的摩尔比为1:5；所述硝酸银和5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠的摩尔比为1:3。
12.进一步地，步骤二中，控制温度在室温条件下反应24h。
13.本发明采用“一锅法”合成红色荧光银纳米团簇。制备过程简单易操作，仪器要求低、成本较低，绿色环保且无需产物后处理、反应条件温和，获得的纳米团簇的发光性能好。
14.其中，5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液是一种带有巯基基团和杂环的化合物，含有的巯基可以与贵金属之间有强的键合作用，氮杂环也可以与银发生配位作用，且5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液中含有的羧酸基可使制得的红色荧光银纳米簇具有良好的水溶性。
15.根据本发明的一个方面，提供一种以上所述方法制备获得的红色荧光银纳米团簇。
16.根据本发明的另一方面，提供了以上所述的的红色荧光银纳米团簇用于检测铜离子检测的应用。
17.本发明制备获得的红色发光银纳米团簇具有良好的光学性质，其荧光发射在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现出红色荧光。本发明制备的红色发光银纳米团簇平均粒径为1.1nm，尺寸小，粒径分布均匀，具有良好的抗光漂白性。
18.所制备的红色荧光银纳米团簇可应用于铜离子的超灵敏检测，检出限为0.175nmol/l。
19.根据本发明的另一方面，提供一种铜离子的检测方法，取以上所述的红色荧光银纳米团簇的水溶液100l和ph＝6.0浓度为20mmol/l的pbs缓冲液1ml加入到荧光比色皿中，加入不同浓度的铜离子溶液，以400nm为激发波长，测定其荧光光谱，获得荧光强度与铜离子浓度的线性关系；根据该线性关系，通过荧光强度的变化定量检测待测样品中铜离子的浓度。
20.本发明还提供一种葡萄酒中铜离子的测定方法，取以上所述的红色荧光银纳米团簇的水溶液100μl和ph＝6.0浓度为20mmol/l的pbs缓冲液1ml加入到荧光比色皿中，加入不同体积的葡萄酒，以400nm为激发波长，测定其荧光光谱，将测得的荧光强度代入线性方程式以计算铜离子浓度。
21.综上所述，本发明制备工艺简单、反应条件简单、便于操作。所制得的红色荧光银纳米团簇水溶性好、稳定性强、stocks位移大、抗光漂白能力强等优点，且对铜离子具有超高灵敏度、高选择性的响应，可应用于铜离子的超灵敏检测。
22.附图及附表说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是红色荧光银纳米团簇的形成及对铜离子的检测示意图；
25.图2是红色荧光银纳米团簇的荧光激发和发射光谱；
26.图3是红色荧光银纳米团簇的光稳定性图；
27.图4是红色荧光银纳米团簇的透射电子显微镜图；
28.图5是红色荧光银纳米团簇对铜离子响应的工作曲线及红色荧光银纳米团簇的荧光强度与铜离子浓度之间的线性关系；
29.图6是红色荧光银纳米团簇同各种干扰物作用后的荧光柱状图。
具体实施方式
30.实施例1-实施例6为红色荧光银纳米团簇的制备方法。
31.实施例1
32.将30ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.5ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应36h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为10.7％。
33.实施例2
34.将5ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.1ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应6h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为10.3％。
35.实施例3
36.将10ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.2ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应12h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为11.6％。
37.实施例4
38.将20ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.3ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应28h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为11.8％。
39.实施例5：
40.将25ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.4ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应32h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为11.4％。
41.实施例6
42.将15ml 5mmol/l的5-巯基-(1h)-四唑基乙酸钠溶液和5ml 5mmol/l的硝酸银溶液混合均匀，快速加入新鲜配置的0.25ml 0.5mol/l硼氢化钠溶液搅拌均匀并在室温下反应24h，待反应后取出，得到红色荧光银纳米团簇水溶液。该红色荧光银纳米团簇的荧光发射峰在650nm左右，在紫外灯光下，以黑色背景观察时，呈现红色荧光，量子产率为12.2％。
43.红色荧光银纳米团簇的形成机理及对铜离子的检测示意图见图1。
44.将100μl红色荧光银纳米团簇水溶液与1ml磷酸缓冲液(nah2po
4-na2hpo4,pbs缓冲液，ph＝6，20mmol/l)加到荧光比色皿中，测定其荧光激发和发射光谱，如图2所示，该红色荧光银纳米团簇的有两个荧光激发峰360nm和400nm，最大荧光发射峰在650nm左右，较大的斯托克斯位移(290nm)可以避免激发和发射峰的重叠。
45.将所制备的红色荧光银纳米团簇进行抗光漂白性实验，如图3所示，连续紫外照射50min仍能保持良好的发光性能，荧光强度仍能维持在98％以上，说明其抗光漂白性较好。这为红色荧光银纳米团簇应用于铜离子的检测提供了可靠前提。
46.通过透射电子显微镜对所制备的红色荧光银纳米团簇的分布形态和尺寸大小进行分析。如图4所示，合成的红色荧光银纳米团簇有良好的分散性，其平均粒径为1.1nm。
47.实施例7本发明所述红色荧光银纳米团簇在铜离子的超灵敏检测中的应用将实施例6制备的红色荧光银纳米团簇水溶液与1ml磷酸缓冲液(nah2po
4-na2hpo4,pbs缓冲液，ph＝6，20mmol/l)加到荧光比色皿中，搅拌至混合均匀，加入不同浓度的铜离子溶液，以400nm为激发波长，分别测其荧光光谱。如图5所示，随着铜离子浓度的增大，银纳米团簇的荧光逐渐被猝灭。溶液的相对荧光强度的变化(log(f0/f))与铜离子浓度呈现三段线性关系：当铜离子的含量在0.0018μm-0.057μm区间范围内，可用公式log(f0/f)＝0.00846 6.87[cu
2
]来表示(r2＝0.997)；铜离子的浓度在0.059μm-0.103μm范围内，线性方程为log(f0/f)＝0.146 3.973[cu
2
]，线性相关系数r2＝0.996；铜离子的浓度在0.110μm-0.195μm范围内，线性方程为log(f0/f)＝0.196 3.297[cu
2
]，线性相关系数r2＝0.993，其中f0表示无铜离子时mta@ag ncs的荧光强度，f表示加入不同浓度铜离子后银纳米团簇的荧光强度，[cu
2
]表示铜离子的浓度，单位为μm。此外，根据公式lod＝3σ/k计算出检出限(lod)为0.175nmol/l。通过线性拟合得到了银纳米团簇的回归方程为：y＝0.160 1.912x，线性系数为r2＝0.996。上述结果表明，本发明的红色荧光银纳米团簇对铜离子具有超高的灵敏度，能够定量化检测铜离子。
[0048]
相比于其它文献报道，本发明所述红色荧光银纳米团簇对铜离子的检测在灵敏度上具有明显的优势，如表1所示。
[0049]
表1中，对应的参考文献为：[1]-biosensors,2020,10；[2]-photochemical&photobiological sciences,2011,10(1):109-115；[3]-journal of photochemistry and photobiology a:chemistry,2022,427:113841；[4]-chemical communications,2011,47(9):2661-2663；[5]-nano-micro letters,2019,14(9):952-956。
[0050]
本发明的灵敏度是文献[biosensors,2020,10]的285倍，[photochemical&photobiological sciences,2011,10(1):109-115]的36倍，[journal of photochemistry and photobiology a:chemistry,2022,427:113841]的33倍，[chemical communications,2011,47(9):2661-2663]的166倍，[nano-micro letters,2019,14(9):952-956]的834倍。
[0051][0052]
实施例8
[0053]
将实施例6制备的红色荧光银纳米团簇溶液与1ml1 ml磷酸缓冲液(nah2po
4-na2hpo4,pbs缓冲液，ph＝6，20mmol/l)加到荧光比色皿中，搅拌至混合均匀。首先，将铜离子加入其中测定其荧光强度，作为空白对照；其次分别加入常见的干扰物(共存离子的浓度是铜离子的100倍)等潜在干扰物质，测定其荧光强度值并记录；再向其中加入铜离子，再测其荧光强度并记录。以400nm为激发波长，分别测其荧光光谱，绘制不同干扰物对应630nm处荧光强度的柱状图，如图6所示；经实验证明，其它干扰物对铜离子的检测只有轻微的干扰。
[0054]
实施例9本发明所述红色荧光银纳米团簇应用于葡萄酒中铜离子的检测将实施例6制备的红色荧光银纳米团簇溶液与1ml磷酸缓冲液(nah2po
4-na2hpo4,pbs缓冲液，ph＝6，20mmol/l)加到荧光比色皿中，搅拌至混合均匀，加入不同体积的葡萄酒，以400nm为激发波长，分别测其荧光光谱。将测得的荧光强度代入线性方程式以计算铜离子浓度，测得葡萄酒中铜离子浓度为2.8nmol/l。
[0055]
表2为本发明红色荧光银纳米团簇应用于葡萄酒中铜离子的检测结果。
[0056][0057]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。