海藻酸鈉—納米金復(fù)合物熒光猝滅法測(cè)定紡織品中的鉻E

李云 李剛 雷克林 李明 劉慧宏

摘要：生態(tài)紡織品中鉻含量有嚴(yán)格的限制。本實(shí)驗(yàn)利用海藻酸鈉一步法成功合成了納米金溶膠，并對(duì)其熒光特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，海藻酸鈉納米金復(fù)合物（AuNPsSA）在激發(fā)波長(zhǎng)λex=330 nm處表現(xiàn)出最強(qiáng)熒光特性，在該激發(fā)波長(zhǎng)下，最大發(fā)射波長(zhǎng)λem=415 nm。鉻對(duì)海藻酸鈉納米金復(fù)合物的熒光有猝滅效應(yīng)，納米金熒光強(qiáng)度隨鉻濃度的增加而減弱，利用其熒光猝滅特性建立了鉻定量分析方法。調(diào)節(jié)AuNPsSA 溶液至pH 7.0，加入Cr，反應(yīng)40 min后，測(cè)定熒光強(qiáng)度變化。鉻濃度在1.0×10 mol/L。本方法用于紡織品中苧麻與滌綸的痕量鉻的檢測(cè)，所得結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法（GB/T 17593.32006）沒(méi)有顯著性差異。

關(guān)鍵詞 ：海藻酸鈉；納米金；熒光猝滅；鉻

1 引 言

鉻礬和重鉻酸鹽可作為皮革的鞣料、織物染色的媒染劑、浸漬劑和氧化劑。而鉻因其強(qiáng)氧化性，被人體吸收后，會(huì)擾亂很多酶的功能，損害肝臟和腎臟，易致癌，其毒性比鉻高100倍。在已發(fā)布的OekoTex Standard 100[1]明確指出，紡織品中的鉻含量不得檢出鉻 （<0.5 mg/kg）。目前，檢測(cè)紡織品中鉻的標(biāo)準(zhǔn)方法有原子發(fā)射法[2]、原子吸收法[3]、可見(jiàn)光分光光度法[4]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[5]等。在這些分析檢測(cè)方法中，原子發(fā)射法和原子吸收法的檢測(cè)條件復(fù)雜，背景干擾較大。分光光度法要使用有機(jī)顯色劑，環(huán)境污染嚴(yán)重，操作繁瑣。熒光分析法作為一種高靈敏度和高選擇性的方法，操作簡(jiǎn)單，用于痕量元素的測(cè)定日益受到重視。用熒光法檢測(cè)鉻，常用鉻直接氧化[6，7]或催化氧化熒光染料[8，9]，使其熒光猝滅。近年來(lái)，利用化學(xué)多官能團(tuán)分子或生物功能分子合成的各種熒光金納米復(fù)合物，在傳感檢測(cè)、納米標(biāo)記、醫(yī)學(xué)成像和光電子學(xué)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景[10～13]。在重金屬離子檢測(cè)方面也有一些應(yīng)用，如谷光甘肽納米金檢測(cè)銅[14]，牛血清白蛋白納米金檢測(cè)鈷[15]，胞嘧啶核苷納米金檢測(cè)銀和汞[16]，DNA納米金檢測(cè)汞[17]，檸檬酸鈉納米金檢測(cè)鉻[18]，海藻酸鈣薄膜熒光探針檢測(cè)銅[19]等。本研究采用一步法合成了海藻酸鈉納米金復(fù)合物（AuNPsSA） [20]，研究表明，鉻對(duì)其熒光有選擇性猝滅效應(yīng)。采用納米金熒光猝滅技術(shù)定量分析檢測(cè)紡織品中的鉻，具有靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，選擇性好，重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，較適合實(shí)際生產(chǎn)的日常檢測(cè)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

F2500熒光光度計(jì)（日本日立公司），UV8000s紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司），AUY120電子天平（日本Shimadzu公司），AKHLⅢ=3＼*ROMAN24超純水機(jī)（臺(tái)灣艾柯公司），KH250DB數(shù)控超聲波清洗器（昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司），JEOLJEM2100F場(chǎng)發(fā)射透射電鏡（日本JEOL公司），ZEN 3600 Zetasizer激光粒度儀（英國(guó)Malvern公司）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 海藻酸鈉納米金復(fù)合物（AuNPsSA）的合成[20] 準(zhǔn)確移取適量2.5%（w/w）海藻酸鈉溶液置于10 mL燒杯中，再準(zhǔn)確移取1.0 mL 1.0 mmol/L HAuCl4溶液加入到該燒杯中，加水至4.0 mL。將燒杯置于恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至60℃，恒溫?cái)嚢?0 min即可生成AuNPsSA，冷卻至室溫備用。

2.2.2 Cr的測(cè)定 準(zhǔn)確移取500 μL AuNPsSA，與適量Cr溶液混合，加水至2 mL，室溫下靜置40 min。熒光強(qiáng)度的測(cè)定條件：激發(fā)波長(zhǎng)λex=330 nm，光電倍增管（PMT）電壓400 V，響應(yīng)時(shí)間0.08 s。

2.2.3 紡織品中Cr的檢測(cè)[4]

準(zhǔn)確稱量4.0 g布樣，剪碎至5 mm×5 mm以下，置于250 mL錐形瓶中，加入80.0 mL酸性汗液， 經(jīng)37℃恒溫水浴振蕩60 min后取出，靜置冷卻至室溫，過(guò)濾，濾液備用。作為對(duì)比，同時(shí)用二苯碳酰二肼標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定樣品中Cr的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 AuNPsSA復(fù)合物的粒徑分布

透射電鏡（TEM）表征AuNPsSA（圖1）結(jié)果表明，制備的AuNPsSA呈球形，粒徑分布較均勻，透射電鏡統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明， AuNPsSA的平均粒徑為22 nm。而用動(dòng)態(tài)激光粒度儀測(cè)定的平均粒徑為28 nm，表明海藻酸鈉吸在納米金的表面，厚度約6 nm。具有高效熒光特性的納米金，除了與納米金表面吸附的保護(hù)劑分子結(jié)構(gòu)有關(guān)外，粒徑需小于40 nm[21]。

3.2 AuNPsSA復(fù)合物的光譜性質(zhì)

在紫外光的激發(fā)下，納米金復(fù)合物具有熒光特性，Zhou等[22]發(fā)現(xiàn)，組氨酸、谷光甘肽和DNA等生物分子在超聲波的輔助下合成金納米顆粒，在365 nm的激發(fā)波長(zhǎng)處，其在430～450 nm處出現(xiàn)強(qiáng)熒光。與之相似，本研究合成的AuNPsSA 最大激發(fā)波長(zhǎng)λex=330 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為λem=415 nm。在AuNPsSA 中加入Cr后，其熒光猝滅，隨著Cr濃度增大， 熒光猝滅程度增強(qiáng)（圖2），而且AuNPsSA 的最大發(fā)射波長(zhǎng)紅移，這種現(xiàn)象表明，Cr與AuNPsSA發(fā)生了相互作用，主要原因是納米金團(tuán)聚，粒徑增大。反應(yīng)之后溶液的紫外可見(jiàn)吸光光譜的SPR峰也從530 nm（圖3a） 紅移至540 nm（圖3c），也說(shuō)明納米顆粒的粒徑變大[20]。

溶液的酸堿度對(duì)AuNPsSA 熒光強(qiáng)度有較大影響，從圖4可見(jiàn)，隨著溶液pH值增加，納米金的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)先增加先減小的趨勢(shì)。當(dāng)溶液pH=7時(shí)，熒光強(qiáng)度達(dá)到最大。實(shí)驗(yàn)表明，溶液體系的pH值過(guò)高或過(guò)低，均會(huì)使AuNPsSA的熒光強(qiáng)度減弱，中性條件是AuNPsSA熒光強(qiáng)度最高的體系。

3.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)熒光猝滅的影響

在室溫條件下，AuNPsSA 表現(xiàn)出比較穩(wěn)定的熒光特性。但加入Cr后，AuNPsSA 的熒光強(qiáng)度減小，且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小。最大發(fā)射波長(zhǎng)也逐漸紅移，這是納米金粒徑變大的結(jié)果（圖5A）。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為40 min時(shí)，ΔF達(dá)到最大，反應(yīng)時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，ΔF保持不變（圖5B）。

3.7 紡織品中Cr的檢測(cè)

采用本方法對(duì)紡織品實(shí)際樣品中的Cr進(jìn)行了測(cè)定，并參照GB/T 17593.32006《紡織品 重金屬的測(cè)定 第3部分：六價(jià)鉻 分光光度法》對(duì)滌綸和苧麻中Cr含量進(jìn)行了對(duì)比檢測(cè)。樣品分別測(cè)試4次并取平均值。本方法測(cè)試結(jié)果（按濃度計(jì)算）如表2所示。滌綸中國(guó)標(biāo)法按質(zhì)量濃度計(jì)算為0.2646 mg/kg，而本方法為0.2663 mg/kg；而苧麻中國(guó)標(biāo)法測(cè)定結(jié)果為1.37 mg/kg，本方法為1.42 mg/kg。用t值檢驗(yàn)法檢測(cè)本方法的準(zhǔn)確度，置信度取95%，t（0.95，n=4）=3.182，均大于檢測(cè)方法的計(jì)算值，說(shuō)明本方法沒(méi)有顯著性差異。由表2可知，滌綸中的Cr含量符合OekoTex Standard（小于0.5 mg/kg）的標(biāo)準(zhǔn)，而苧麻中Cr含量遠(yuǎn)超過(guò)了其標(biāo)準(zhǔn)的要求，原因是苧麻化學(xué)處理工藝中常用鉻釩作為脫膠的氧化劑。故本方法對(duì)紡織品中Cr的檢測(cè)是可行的。

本研究通過(guò)一步法合成了具有熒光性能的AuNPsSA復(fù)合物，Cr可選擇性地猝滅AuNPsSA熒光，據(jù)此建立了紡織品中Cr的定量檢測(cè)方法。本方法的測(cè)定結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法相比，無(wú)顯著性差異。本方法具有選擇性好、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)。

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Abstract Chromium is one of the forbidden heavy metals in the ecological textiles. It is vitally important to develop methods for the sensitive and selective detection of Cr in textile samples. In this work， gold nanoparticlessodium alginate clusters （AuNPsSA） was prepared with sodium alginate in onestep synthesis route and its fluorescent property was investigated. The strongest fluorescence intensity of AuNPsSA clusters located at the max emission wavelength λem=415 nm under the excitation wavelength of λex=360 nm. A fluorimetric method was developed based on the fluorescent AuNPsSA nanocomposites selectively quenched in the presence of Cr. The possible quenching mechanism was discussed on the basis of the interaction of positive AuNPsSA with negative Cr . Under the optimized experimental conditions， The ratiometric fluorescence was linearly proportional to the concentration of Cr ranging from 1.0×10 mol/L based on the regression calculations. This method was used for the determination of chromium in textile samples， and the obtained result had no significant difference compare to the results based on the National Standard of the People′s Republic of China （GB/T 17593.32006） .

Keywords Sodium alginate； Gold nanoparticles； Fluorescence quenching； Chromium