脫氧膽酸修飾的銀納米粒子比色法檢測H2PO4–

展軍顏，崔建國，黃燕敏，甘春芳，劉志平

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脫氧膽酸修飾的銀納米粒子比色法檢測H2PO4–

展軍顏，崔建國，黃燕敏，甘春芳，劉志平

（廣西師范學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，廣西南寧 530001）

陰離子在生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，建立快速、高效的陰離子檢測方法越來越被關(guān)注。本文基于脫氧膽酸修飾的銀納米探針建立一種簡便快速檢測H2PO4–的比色方法。采用硼氫化鈉還原法合成脫氧膽酸修飾的銀納米粒，將該銀納米粒用于對陰離子的比色檢測。結(jié)果表明，通過銀納米粒表面的配體脫氧膽酸與H2PO4–之間較強(qiáng)的氫鍵作用，H2PO4–誘導(dǎo)銀納米粒顏色的改變，HPO42–等其他陰離子并未發(fā)生明顯變化，從而實(shí)現(xiàn)對H2PO4–高選擇性的比色識別。該脫氧膽酸修飾的銀納米粒探針檢測H2PO4–的線性范圍為6×10–7～6×10–6mol/L，比色檢測限為7×10–7mol/L，可以在水溶液中實(shí)現(xiàn)對H2PO4–的檢測。

納米粒子；脫氧膽酸比色檢測；銀；選擇性

陰離子在生物學(xué)、藥學(xué)和環(huán)境科學(xué)等研究領(lǐng)域中起著重要作用，因而，陰離子識別的研究越來越引起人們的廣泛關(guān)注[1-2]。在眾多陰離子中，磷酸根陰離子在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。例如，磷酸二氫鈉可用作酸度緩沖劑、洗滌劑等，在食品和飲料中還可以作為乳化劑、營養(yǎng)劑等。磷酸二氫鉀主要被用于醫(yī)藥、食品工業(yè)等；在農(nóng)業(yè)上被用作高效復(fù)合肥。而這些陰離子的大量存在又會對環(huán)境造成污染，對食品安全造成危害[3-4]。例如，磷酸鹽肥料的過度使用會引起水質(zhì)的富氧化污染，因此對磷酸根離子的識別尤為重要。

目前，對磷酸二氫根離子的檢測方法主要有超高效液相色譜、離子色譜法、分光光度法、熒光光譜法、電化學(xué)等方法，這些技術(shù)大都需要昂貴的儀器，還需對樣品進(jìn)行繁瑣的處理，耗時(shí)、耗力，難以達(dá)到即時(shí)識別監(jiān)控的目的。銀納米粒子的小尺寸效應(yīng)導(dǎo)致了它具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)——表面等離子體共振，因而可設(shè)計(jì)成比色傳感器[5-7]。要設(shè)計(jì)此類比色探針，納米表面的功能化修飾起到至關(guān)重要的作用[8-10]。膽甾酸作為甾體化合物中的一類，分子中具有羧基和羥基等基團(tuán)，即具有幾乎處于同一平面的甾體骨架，又具有面式雙親性和微凹的空間構(gòu)象，決定了膽甾酸類化合物結(jié)構(gòu)的多樣性和特異的識別功能[11-14]。近年來，膽甾酸修飾的金銀納米粒探針引起了人們的廣泛關(guān)注。MAITRA[15]和SIEVANEN[16]等合成膽酸巰基衍生物修飾的金納米粒，對其識別性能并未做深入研究。PANDEY等[17-18]利用三氮唑膽酸聚合物修飾的銀納米粒對I–進(jìn)行比色檢測。近期，他們又利用三氮唑膽酸化合物修飾的銀納米粒作為Hg2+和I–的比色探針。上述金銀納米粒的合成及檢測都是在有機(jī)溶劑中進(jìn)行的，而設(shè)計(jì)一種在水溶液中可以可視化檢測磷酸鹽陰離子的銀納米粒比色探針，仍然是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的 工作。

本文利用化學(xué)還原法制備脫氧膽酸修飾的銀納米粒，可以簡單、快速、高靈敏且高選擇性地比色檢測H2PO4–陰離子。隨著H2PO4–濃度的增大，銀納米粒子溶液的顏色由淺黃色逐漸變?yōu)樯詈稚?，?57nm處出現(xiàn)新的吸收峰且吸光度逐漸增大。該方法檢測H2PO4–的線性范圍為6×10–7～6×10–6mol/L，比色檢測限為7×10–7mol/L。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及設(shè)備

硝酸銀（AgNO3）：AR，Sigma公司。硼氫化鈉（NaBH4）：純度98%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。脫氧膽酸：AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。去離子水：Milli-Q Integral 5 超純水機(jī)。

電子透射顯微鏡TEM：EM-1200EX，120kV。紅外光譜儀：IS10型，美國Thermo Scientisic公司。紫外-可見分光光度計(jì)：Cary100型，美國Agilent Technologies公司。

1.2 脫氧膽酸修飾的銀納米粒（HDC-Ag NPs）的制備

室溫下，在90mL去離子水中加入1mL硝酸銀（10–2mol/L），攪拌5min，然后快速加入12mg硼氫化鈉，溶液立刻變成黃色，繼續(xù)攪拌2min，加入10mL脫氧膽酸（10–3mol/L，乙醇和水，體積比1∶1），攪拌2h，合成脫氧膽酸修飾的銀納米粒子。反應(yīng)都在避光的條件下進(jìn)行[19]。

1.3 脫氧膽酸修飾的銀納米粒（HDC-Ag NPs）對陰離子的檢測

向3mL新制的銀納米粒中分別加入0.03mL 2×10–4mol/L陰離子溶液，以去離子水為空白對照，混合均勻，靜置20min后觀察各組混合溶液的顏色變化，并用紫外-可見光譜儀對底物進(jìn)行檢測。

1.4 脫氧膽酸修飾的銀納米粒（HDC-Ag NPs）的表征

（1）樣品1的制備 在上述100mL HDC-Ag NPs加入0.6mL 1mmol/L的NaH2PO4溶液。

（2）紅外表征 將上述100mL HDC-Ag NPs旋干水分，得到的粉末用KBr壓片進(jìn)行紅外光譜測定。

將樣品1旋干水分后得到的粉末用KBr壓片進(jìn)行紅外光譜測定。

（3）電子透射顯微鏡（TEM）表征 將少許脫氧膽酸修飾的銀納米粒子滴到銅網(wǎng)上，表面進(jìn)行噴金處理后測試。

將樣品1滴到銅網(wǎng)上，表面進(jìn)行噴金處理后測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 HDC-Ag NPs的表征

脫氧膽酸修飾的銀納米粒具有良好的穩(wěn)定性，在保存30天后紫外吸收峰的強(qiáng)度和位置基本不變；并且在pH 3～11范圍內(nèi)具有很好的穩(wěn)定性。圖1為脫氧膽酸和HDC-Ag NPs的紅外光譜。從圖1中可以看出，脫氧膽酸修飾到銀納米粒子表面后，其羰基的特征吸收峰波數(shù)從1698cm–1和1716cm–1分別移動到1656cm–1和1566cm–1，這表明脫氧膽酸通過—COOH和銀原子配位成功修飾到銀納米粒表面。

圖2(a)為HDC-Ag NPs的透射電子顯微鏡（TEM）照片，脫氧膽酸修飾的銀納米粒在水溶液中分散性好，粒徑較均一，尺寸分布在（6 ±1）nm范圍內(nèi)。NaH2PO4的加入使納米銀發(fā)生明顯的聚集[圖2(b)]。

（中間插入的是加入H2PO4-后HDC-Ag NPs的顏色變化對照圖）

2.2 HDC-Ag NPs對H2PO4–的選擇性

在3mL Ag NPs 的溶液中加入0.03mL 2×10-4 mol/L陰離子NaF、NaCl、NaBr、Na2HPO4、NaH2PO4、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaHSO4，如圖3所示，NaH2PO4的加入銀納米粒溶液由黃色變?yōu)楹稚琀PO42–等其他陰離子的加入并沒有引起明顯的顏色變化。紫外可見光譜圖[圖3(b)]可見，加入NaH2PO4后，銀納米粒在406nm處的紫外吸收峰值降低，557nm處出現(xiàn)新的吸收峰，HPO42–等其他陰離子在557nm處變化不大。加入H2PO4–后銀納米粒的電子透射顯微鏡照片如圖2(a)所示，H2PO4–誘導(dǎo)HDC-Ag NPs發(fā)生明顯的團(tuán)聚，這種團(tuán)聚引起銀納米粒的顏色變化和557nm處新吸收峰的出現(xiàn)。此外，加入HPO42–后HDC-Ag NPs的電子透射顯微鏡照片表明，HPO42–并沒有誘導(dǎo)HDC-Ag NPs發(fā)生明顯的團(tuán)聚?？梢奌DC-Ag NPs對H2PO4–具有較好的選擇性，可以實(shí)現(xiàn)比色檢測。

2.3 識別機(jī)制

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，膽甾酸分子具有微凹的穴狀結(jié)構(gòu)，開環(huán)二聚膽甾類受體可以形成V型的空腔，通過與空腔內(nèi)的極性基團(tuán)—OH形成氫鍵作用將客體包結(jié)在空腔內(nèi)[20-21]。因而，HDC-Ag NPs對底物中H2PO4–可能的識別機(jī)制見圖4，納米表面的脫氧膽酸分子形成鉗形空腔，H2PO4–與此空腔結(jié)構(gòu)最匹配，通過空腔內(nèi)的羥基與H2PO4–形成氫鍵，誘導(dǎo)銀納米粒出現(xiàn)交聯(lián)聚集，發(fā)生顏色改變，實(shí)現(xiàn)高選擇性的比色檢測。

2.4 HDC-Ag NPs對H2PO4–濃度的線性檢測

向3mL銀納米粒中分別加入6×10–5～6×10–4mol/L的H2PO4–水溶液，混合均勻靜置20min后分別測定紫外-可見吸收光譜。如圖5所示，隨著H2PO4–濃度的增大，在406nm處的紫外吸收峰值降低，557nm處出現(xiàn)新的吸收峰，其峰值逐漸升高，同時(shí)顏色由亮黃色變到深褐色。表明隨著H2PO4–濃度的增加，銀納米粒團(tuán)聚的程度也相應(yīng)增強(qiáng)。用557nm與406nm處吸光度的比值對相應(yīng)濃度的常用對數(shù)值lg作圖，發(fā)現(xiàn)（557/406）值和lg之間都具有較好的線性關(guān)系，它們之間的線性方程是= 4.7981 +（0.7637 × lg），線性相關(guān)性達(dá)到0.9932。HDC-Ag NPs對H2PO4–檢測的線性范圍是6×10–7～6×10–6mol/L，比色檢測限為7×10–7mol/L?？紤]到HPO42–與H2PO42–結(jié)構(gòu)的相似性，研究（H2PO4–最終濃度分別為6×10–7mol/L，8×10–7mol/L，9×10–7mol/L，1×10–6mol/L，2×10–6mol/L，3×10–6mol/L，4×10–6mol/L，5×10-6mol/L，6×10–6mol/L）

不同濃度的HPO42–對HDC-Ag NPs的紫外吸收峰和顏色的影響，發(fā)現(xiàn)4×10–7～1×10–5mol/L的HPO42–對HDC-Ag NPs的紫外吸收峰沒有明顯影響（圖6），其顏色也未變化，這也進(jìn)一步說明HDC-Ag NPs可以高選擇性地識別H2PO4–。

2.5 干擾陰離子存在下HDC-Ag NPs對H2PO4–檢測的影響

考察了如下陰離子NaF、NaCl、NaBr；Na2HPO4、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaHSO4對H2PO4–檢測的影響，取3mL HDC-Ag NPs，干擾陰離子的濃度為5×10–6mol/L，H2PO4–的濃度為1×10–6mol/L。結(jié)果如圖7所示，在干擾離子存在下，H2PO4–的加入仍然可以誘導(dǎo)銀納米粒顏色和紫外吸收峰的變化，因而HDC-Ag NPs對H2PO4–的比色傳感器具有較好的抗干擾能力。

同時(shí)考察了其他干擾陰離子共存下的H2PO4–加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表1。在加標(biāo)范圍內(nèi)，進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，未加干擾離子時(shí)，其回收率在92.21%。在5倍干擾離子共存下，其回收率在81.00%～86.88%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.93%～5.50%。結(jié)果表明，該體系可用于干擾陰離子存在下對H2PO4–的檢測。

表1 在干擾陰離子存在下，H2PO4–的加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)（n=3）

3 結(jié)論

采用硼氫化鈉還原法，合成在水溶液中單分散性好、粒徑均一的脫氧膽酸修飾的銀納米粒。該銀納米粒可以實(shí)現(xiàn)H2PO4–與HPO42–等其他陰離子的比色區(qū)分。該方法操作簡單、選擇性好、靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)對H2PO4–的快速檢測。

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Colorimetric detection of dihydrogen phosphate based on deoxycholic acid modified silver nanoparticles

ZHAN Junyan，CUI Jianguo，HUANG Yanmin，GAN Chunfang，LIU Zhiping

（School of Chemistry and Materials Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning 530001，Guangxi，China）

It is of extensive interest in developing a simple，selective，sensitive and rapid approach for anions sensing，as anions play a significant role in biological systems and environment. A simple and sensitive detection method based on the deoxycholic acid modified silver nanoparticles has been developed for the determination of H2PO4–in aqueous solution. The deoxycholic acid modified silver nanoparticles were synthesized by reduction method with sodium borohydride. The research indicates that those Ag NPs allowH2PO4–to be visually detected with high selectivitybecause of the hydrogen bonding interaction between H2PO4–and the ligand. Moreover，the assay method showed a linear response range of 6×10–7—6×10–6mol/L for H2PO4–with colorimetric detection limit being 7×10–7mol/L，which allows the method to be applied for the colorimetric detection of H2PO4–.

nanoparticles；deoxycholic acid；colorimetric detection；silver；selectivity

O648

A

1000–6613（2017）01–0289–05

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.036

2016-04-06；修改稿日期：2016-08-12。

廣西自然科學(xué)基金青年基金（2013GXNSFBA019027）、廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目一般項(xiàng)目（2013YB150）及有機(jī)化學(xué)廣西高校重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目。

展軍顏（1982—），女，副教授，主要從事功能界面材料研究。E-mail：zhanjunyan@126.com。