銅金屬納米簇在pH檢測(cè)中的應(yīng)用*

胡婭琪,張 博,張育珍,陳梓欣,秦 蓓

(西安醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院,陜西 西安 710021)

pH值作為廣泛使用的必要參數(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、藥物檢測(cè)、生物工程等方面[1-2]。此外,維持人體內(nèi)正常的pH酸堿度也是保證人體健康的指標(biāo),所以開發(fā)簡(jiǎn)單、便捷、響應(yīng)快速的pH傳感器具有重要的意義[3-4]。近年來(lái),金屬納米簇由于具有尺寸較小、光穩(wěn)定性好、斯托克斯位移大、條件溫和無(wú)毒的優(yōu)點(diǎn),在分析檢測(cè)、生物標(biāo)記及熒光成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[5-8]。目前,pH檢測(cè)材料主要為有機(jī)熒光分子[9-10]。與有機(jī)分子相比,金屬納米簇具有比表面積大、熒光性質(zhì)可調(diào)及表面易于修飾等突出特點(diǎn)[11-13]。因此,制備熒光性能優(yōu)異且無(wú)毒的金屬納米簇用于pH傳感體系的建立具有重要意義。作者以谷胱甘肽(GSH)為保護(hù)劑合成銅納米簇(GSH-Cu NCs),考察了最佳合成條件,pH=4～8.5,GSH-Cu NCs熒光強(qiáng)度與pH呈良好的非線性關(guān)系,可用于建立一種高靈敏的pH傳感體系,應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

HAuCl4·3H2O：阿拉丁公司;GSH：西格瑪公司;氫氧化鈉、鹽酸、硝酸銅、三氯化鐵：天津化學(xué)試劑廠;硝酸銀：南京化學(xué)試劑廠;實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純;蒸餾水：市售。

熒光光譜儀：F-4600,日本日立公司;傅里葉變換紅外光譜：T27,布魯克科技有限公司。

1.2 GSH-Cu NCs的合成

將160 μLc(硝酸銅)=50 mmol/L溶液緩慢滴加至20 mLc(谷胱甘肽)=9 mmol/L溶液中,攪拌反應(yīng)30 min,調(diào)節(jié)至pH=9,t=90 ℃反應(yīng)24 h,最終得到藍(lán)色透明溶液,t=4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 GSH-Cu NCs合成條件優(yōu)化

為了制備出熒光強(qiáng)度性能最佳的GSH-Cu NCs,考察了n(GSH)∶n(硝酸銅)、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間3個(gè)重要因素。不同反應(yīng)時(shí)間為2、4、6、17、18、20、21、24 h,反應(yīng)溫度為60、80、90、100、120 ℃,n(GSH)∶n(硝酸銅)=6∶1、12∶1、15∶1、18∶1、24∶1、30∶1。

1.4 GSH-Cu NCs對(duì)pH的熒光響應(yīng)行為研究

通過0.2 mol/L的NaOH和HCl調(diào)節(jié)pH值,探究pH對(duì)GSH-Cu NCs的熒光響應(yīng)影響,340 nm激發(fā)條件下進(jìn)行熒光測(cè)定。

1.5 GSH-Cu NCs的穩(wěn)定性和可逆性研究

GSH-Cu NCs的穩(wěn)定性和可逆性是pH傳感器的重要指標(biāo),將GSH-Cu NCs置于熒光比色皿中,間隔2 min檢測(cè)熒光強(qiáng)度獲得穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)GSH-Cu NCs pH=8.5,經(jīng)過連續(xù)5個(gè)周期熒光強(qiáng)度的測(cè)定獲得可逆性。

1.6 GSH-Cu NCs對(duì)pH響應(yīng)的選擇性研究

各取600 μL GSH-Cu NCs溶液配成10個(gè)樣品,分別加入0.01 mol/L的Na+、K+、Mg2+、Zn2+、Cr3+、Ba2+、Cd2+、ClO-、Al3+、Ca2+溶液,混合后測(cè)定熒光強(qiáng)度,將GSH-Cu NCs調(diào)至pH=8.5,取1 mL溶液分別加入10 μL 0.01 mol/L Na+、K+、Ba2+、Cr3+、Cd2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、ClO-溶液,金屬離子的最終濃度達(dá)100 μmol/L,分別測(cè)定混合液的熒光強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 GSH-Cu NCs的表征

GSH-Cu NCs的表征光譜見圖1。

λ/nma GSH-Cu NCs的熒光激發(fā)和發(fā)射光譜

2.2 GSH-Cu NCs實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

不同條件下的GSH-Cu NCs的熒光發(fā)射光譜圖見圖2。

λ/nma 不同反應(yīng)時(shí)間

由圖2a可知,24 h的GSH-Cu NCs的熒光強(qiáng)度最佳,因此選擇反應(yīng)時(shí)間為24 h;由圖2b可知,n(GSH)∶n(硝酸銅)=18∶1,GSH-Cu NCs熒光強(qiáng)度最佳;由圖2c可知,t=90 ℃,合成的GSH-Cu NCs熒光強(qiáng)度最佳,因此選擇反應(yīng)溫度為90 ℃。

2.3 GSH-Cu NCs對(duì)pH的熒光響應(yīng)行為的考察

GSH-Cu NCs對(duì)pH的熒光響應(yīng)行為見圖3。

由圖3a可知,隨著pH值增大,GSH-Cu NCs的熒光強(qiáng)度逐漸上升,pH=8.5,熒光強(qiáng)度最強(qiáng),酸性條件下,熒光強(qiáng)度的降低歸因于Cu NCs表面的羧基發(fā)生質(zhì)子化而導(dǎo)致GSH分子之間的靜電斥力減弱因而發(fā)生聚集。堿性條件下,GSH-Cu NCs表面的羧基脫質(zhì)子化,GSH-Cu NCs分子之間的靜電斥力增強(qiáng),熒光強(qiáng)度也隨pH值增大而增強(qiáng)[15]。由圖3b可知,pH=4.0～8.5,熒光強(qiáng)度與pH呈現(xiàn)良好的非線性關(guān)系,關(guān)系曲線為y=-1668.8×e(-x/3.153 3)+994.54,R2=0.919 8,可用于構(gòu)建pH傳感器。

λ/nma GSH-Cu NCs 在不同pH值的熒光發(fā)射光譜

2.4 GSH-Cu NCs對(duì)pH的可逆性和穩(wěn)定性考察

GSH-Cu NCs對(duì)pH的可逆性和穩(wěn)定性見圖4。

t/mina GSH-Cu NCs的穩(wěn)定性

由圖4a可知,經(jīng)過20 min的檢測(cè),熒光強(qiáng)度下降幅度很微弱,說(shuō)明GSH-Cu NCs的穩(wěn)定性比較好;由圖4b可知,經(jīng)過連續(xù)5個(gè)周期的測(cè)量,發(fā)現(xiàn)GSH-Cu NCs在pH=4.0或8.5的變化較小,說(shuō)明GSH-Cu NCs在pH傳感體系中具有良好的可逆性,可以應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)。

2.5 GSH-Cu NCs對(duì)pH檢測(cè)的選擇性考察

為了考察GSH-Cu NCs對(duì)pH檢測(cè)選擇性,選擇干擾的離子包括Na+、K+、Ba2+、Cr3+、Cd2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、ClO-,考察了其對(duì)GSH-Cu NCs熒光性質(zhì)的影響,結(jié)果見圖5。

a pH=4.0

由圖5可知,當(dāng)pH=4.0、8.5,所有干擾離子對(duì)GSH-Cu NCs的熒光強(qiáng)度影響較小,因此GSH-Cu NCs對(duì)pH檢測(cè)具有良好的選擇性。

3 結(jié) 論

合成了GSH保護(hù)的Cu NCs,通過實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化,篩選出熒光性能優(yōu)異的GSH-Cu NCs用于構(gòu)建pH傳感器。該法具有簡(jiǎn)單、pH響應(yīng)快速、條件溫和、性能良好等特點(diǎn),為便捷的pH傳感分析提供了平臺(tái)。