一种检测镉离子的金纳米粒子及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种检测镉离子的金纳米粒子及其制备方法和用途，用于快速检测湖水、自来水、矿泉水中镉离子的快速检测。该技术方法基于团聚机理，利用有机化合物配体上功能团形成的强氢键作用，金属离子与配体上四唑N的键合作用引起金纳米粒子团聚，使得溶液颜色发生变化，引起金纳米粒子表面等离子共振吸收峰的峰位以及吸收强度发生变化，直接利用肉眼和紫外可见分光光谱进行判定，即可快速地检测样品中是否含有Cd

【技术实现步骤摘要】
一种检测镉离子的金纳米粒子及其制备方法和用途


[0001]本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及一种检测镉离子的金纳米粒子及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]在我国，淡水资源严重紧缺，保护淡水资源不受污染已经成为社会广泛关注的重要问题。然而化工以及矿业废液(含Hg
2+
、Cd
2+
、Pb
2+
等重金属离子)的排放等使水资源不受重金属污染面临严重挑战。其中汞离子因其特殊的流动性，且储量丰富，对汞离子的开发和认识比较充分，因此汞的强毒性容易引起人们的重视。镉作为一种“平淡无奇”的金属，地壳中含量少，一般在锌矿或汞矿中伴生，但是，镉离子和汞离子一样具有极大的毒性。镉离子的毒性来自对人体内多种二价离子的模仿，尤其是模仿钙离子在人体内的存在形式，例如：人体内有很多必要元素吸收和发挥作用的专属通道，而钙离子通道很难区分钙离子和镉离子，又因为镉离子高于钙离子和蛋白受体之间的亲和性并占用通道迫使钙离子离开，导致钙离子从人体内流失而得不到吸收，其中1955年在日本发现的“痛痛病”经调查分析发现镉就是罪魁祸首。同样的，镉离子还可以模仿其他二价离子：锌离子和铜离子。在自然环境中，水稻是有名的易富集镉的作物，其循环主要靠水稻从污染的水资源中富集重金属镉离子，而人体通过食用长期生长在水污染环境中的水稻导致镉离子在人体内富集，危害人体健康。这几年，新闻经常报道我国一些省份污染大米事件，对于处于食物链顶端的人来说，在生物富集作用的影响下，导致多种疾病的发生并对人体产生不可逆转的伤害。因此从人类健康和生态环境保护的角度来看，寻找一种快速有效检测水中镉含量的技术方法是非常重要的。传统测定分析水环境中Cd
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离子的方法包括电感耦合等离子质谱、原子吸收光谱、原子发射光谱、冷蒸汽原子荧光光谱、高效液相色谱等，这些方法具有低检测限和高选择性的优点，但它们的缺点通常耗时、昂贵、样品制备过程复杂以及专业的设备使用要求高等因素，使得它们的现场应用受到束缚。因此，设计开发出一中成本低、检测便捷快速的特异性测定Cd
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离子的技术方法势在必行。
[0003]贵金属纳米粒子具有独特的等离子特性，入射光会与金属纳米晶体导带中的电子耦合，并驱动金属纳米晶体的自由电子相对金属的正晶格经历集体振荡。随着纳米材料的发展，贵金属纳米材料以其良好的稳定性、表面可修饰性、高消光系数和独特的可调谐表面等离子共振效应(SPR)引起了人们广泛的关注，近年来被广泛应用于载药、传感、环境监测等领域。研究者们基于贵金属纳米粒子及其复合材料的特性，开发出诸多荧光、比色、电化学、表面增强拉曼散射传感器，用于检测蛋白质、食品添加剂、农药残留、重金属离子和小分子化合物等，设计Cd
2+
光学比色检测是Au NPs的重要应用之一。值得注意地，光学比色法检测法可以克服传统仪器分析方法由于需要精密仪器或繁琐制样过程等缺点，通过颜色变化直观地观察到目标物的存在情况，从而实现了现场实时快速检测的目标。目前大多数基于Au NPs的比色光学检测依赖于用特定的配体对金纳米表面进行合理的修饰，通过目标物与功能配体之间的相互作用可以改变Au NPs在溶液中的分散/聚集状态，并产生颜色变化和
SPR共振吸收峰强度以及位移的变化。例如Qiu等人基于3
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巯基烟酸和4
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氨基苯并
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18
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冠
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6多功能化的金纳米颗粒(Au NPs)，实现了对Ba
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、Cd
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、Pb
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离子的快速比色检测(Analyst,2019,17,144(17),5081
‑
5089)。Yadav,R.等人利用DL
‑
甘油醛交联的半胱胺官能化金纳米粒子实现了比色检测Cd
2+
离子的目标(Yadav,R.,Res Chem InterMed.,2018,44,2305
–
2317)。然而，大部分传感器都存在材料制备过程复杂，抗干扰能力或者选择性差，与水样品不相容等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术是针对上述存在的技术问题，合成一种毒性低、稳定性和重复性好的功能化的金纳米粒子比色检测传感器，可用于快速、便捷、特异性检测湖水、自来水、矿泉水中的镉离子。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案为：
[0006]一种检测镉离子的金纳米粒子的制备方法，采用3
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(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺和柠檬酸钠作为修饰剂、还原剂兼稳定剂，柠檬酸钠将氯金酸溶液中三价的金还原成零价，加入修饰剂后制得一种金纳米粒子。用镉离子标准溶液和超纯水配置一系列不同浓度的镉离子标准溶液，然后分别加入到金纳米粒子，溶液颜色由酒红色渐变为灰蓝色。3
‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺作为金纳米粒子的配体修饰剂，通过3
‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺上的四唑N或氨基NH2与镉离子形成配位键或键合作用引起金纳米粒子聚集，使得溶液颜色发生变化，实现对样品中镉离子的裸眼比色定性检测。由金纳米粒子的聚集状态变化引起金纳米粒子表面等离子共振吸收(SPR)发生改变，根据SPR吸收峰强度和位移的改变可以实现对镉离子的定量检测。
[0007]3‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺配体的结构如下式(Ⅰ)所示：
[0008][0009]本专利技术提供的一种检测镉离子的金纳米粒子的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]在三口烧瓶中加入四水合氯金酸水溶液，加热搅拌至沸腾，快速加入柠檬酸钠的水溶液，继续搅拌反应15
‑
20分钟，溶液颜色由浅黄色渐变为紫黑色最后变为酒红色，随后加入3
‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺溶液，继续搅拌3
‑
5分钟，静置冷却至室温，将反应混合物溶液用去离子水稀释一倍，制得一种金纳米粒子水溶液，放入4℃的冰箱中保存备用；
[0011]所述镉离子为Cd
2+
离子；
[0012]所述的四水合氯金酸水溶液的浓度为0.1～0.35mM；
[0013]所述的金纳米粒子水溶液的pH范围在4～8；
[0014]所述的3
‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺溶液的浓度为2～10mM；
[0015]所述的柠檬酸钠水溶液的质量分数为1.0％。
[0016]将所制备的金纳米粒子水溶液与含有不同浓度Cd
2+
的标准溶液反应，根据溶液颜色变化，制成不同镉离子浓度的标准比色卡片，包括空白实验结果的卡片(如图2所示)。待
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测镉离子的金纳米粒子的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：在圆底烧瓶中加入四水合氯金酸(HAuCl4
·
4H2O)水溶液，加热搅拌至沸腾，快速加入柠檬酸钠(C6H5Na3O7)的水溶液，继续搅拌反应15
‑
20分钟，溶液颜色由浅黄色渐变为紫黑色最后变为酒红色，随后加入3
‑
(1H
‑
四唑
‑
5基)苯胺溶液，继续搅拌3
‑
5分钟，静置冷却至室温，将反应混合物溶液用去离子水稀释一倍，制得金纳米粒子水溶液，放入4℃的冰箱中保存备用；所述镉离子为Cd<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国娜，谢洪珍，李星，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：