專利名稱：基于局域表面等離子體性質(zhì)檢測(cè)多種金屬離子方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于局域表面等離子體性質(zhì)連續(xù)檢測(cè)多種金屬離子(鐵、銀、銅、汞)，即通過(guò)納米棒的局域表面等離子體共振性質(zhì)的改變來(lái)檢測(cè)四種痕量金屬離子的濃度及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
金納米棒由于具有大的比表面積、高表面能、高的表面活性而展現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等特性，目前發(fā)現(xiàn)金納米棒還具有熒光特性、超分子與分子識(shí)別特性。正是因?yàn)榻鸺{米粒子的特殊性質(zhì)，使其在在電學(xué)、光學(xué)、生物納米材料雜化、生物化學(xué)傳感和成像、藥物傳送以及納米材料組裝等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為近年來(lái)納米材料領(lǐng)域里的研究熱點(diǎn)。金納米棒是直徑大約為10-20nm、長(zhǎng)度為40_200nm的固體金圓柱體，金納米棒的局域表面等離子光譜顯示沿橫向?qū)挾确较蚣ぐl(fā)所引起的橫向等離子體波長(zhǎng)(TPW)基本不隨納米棒尺寸大小的變化而改變，即不同縱橫比金納米棒的TPW在520nm左右,而納米棒縱向長(zhǎng)度方向激發(fā)弓I起的縱向等離子體波長(zhǎng)(LPff )卻非常敏感地隨著納米棒縱橫比的變化而變化。因?yàn)樗膬啥司哂袕?qiáng)的增強(qiáng)電場(chǎng)，故在長(zhǎng)軸方向與短軸方向顯示不同的等離子譜帶，對(duì)周圍介質(zhì)十分敏感，因而很有希望成為納米光子學(xué)和檢測(cè)(傳感)領(lǐng)域中得到重要應(yīng)用的一種納米材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一旨在建立一種新的檢測(cè)溶液中多種痕量金屬離子濃度的方法，通過(guò)金納米棒局域表面等離子體共振性質(zhì)的變化連續(xù)檢測(cè)鐵、銀、銅、汞四種金屬離子，且檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單方便，易于操作，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、化學(xué)傳感等方面有著非常廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明方法包括如下順序的步驟(I)將待測(cè)溶液加入到金納米棒溶液中，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金納米棒局域表面等離子體共振波長(zhǎng)的變化，當(dāng)待測(cè)溶液中含有鐵離子時(shí)，金納米棒局域表面縱向等離子體波逐漸藍(lán)移，根據(jù)縱向等離子體波的變化程度可定量地測(cè)定溶液中鐵離子的含量；(2)當(dāng)溶液中的鐵離子反應(yīng)完畢后藍(lán)移停止，再加入硫代硫酸鈉溶液，如待測(cè)溶液中含有金屬銀離子，金納米棒的縱向等離子波逐漸紅移一直到溶液中的銀離子反應(yīng)完畢，根據(jù)縱向等離子體波長(zhǎng)的變化情況可定量地測(cè)定溶液中銀離子的濃度；(3)當(dāng)待測(cè)溶液中還含有銅離子時(shí)，銀離子反應(yīng)完畢后，由于銅離子的作用使金納米棒的縱向等離子體波長(zhǎng)又藍(lán)移，波長(zhǎng)的藍(lán)移程度與溶液中銅離子的含量成正比，即可定量地測(cè)定溶液中銅離子的含量；(4)當(dāng)金納米棒的縱向等離子體波長(zhǎng)不再發(fā)生變化時(shí)，再往溶液中加入硼氫化鈉溶液，如果待測(cè)溶液中還含有汞離子，在有銅離子存在的情況下，金納米棒的縱向等離子波長(zhǎng)再次紅移；在沒(méi)有銅離子存在的情況下，縱向等離子體波逐漸藍(lán)移；縱向等離子體波長(zhǎng)的變化程度與溶液中可溶性汞的含量成正比，即可定量地檢測(cè)可溶性汞的含量。本發(fā)明檢測(cè)鐵、銀、銅、萊離子的最低濃度分別為lO^nol/LUO^iiol/UlOJmol/L、108mol/L。本發(fā)明的目的之二在于提供一種上述基于局域表面等離子體性質(zhì)檢測(cè)多種金屬離子方法的應(yīng)用，該方法可用于對(duì)金納米棒縱向等離子波長(zhǎng)的可逆調(diào)控。本發(fā)明通過(guò)選擇性可逆調(diào)控金納米棒的縱向等離子體性質(zhì)，監(jiān)測(cè)其表面等離子體共振波長(zhǎng)的變化，使其縱向等離子體波長(zhǎng)藍(lán)移、紅移、再藍(lán)移、再紅移，從而測(cè)定溶液中鐵、銀、銅、汞四種痕量金屬離子，同時(shí)該方法亦可選擇性測(cè)定其中任一種、兩種或三種金屬離子，并且該方法具有較高的靈敏度和很好的選擇性，存在于待測(cè)溶液中的其它金屬離子對(duì)待測(cè)的四種金屬離子沒(méi)有干擾。本發(fā)明方法不僅能對(duì)上述鐵、銀、銅、汞四種金屬離子進(jìn)行定性定量檢測(cè)，也可以有選擇性地檢測(cè)其中任一、二、三種金屬離子的濃度，還能對(duì)金納米棒縱向等離子體性質(zhì)進(jìn)行選擇性可逆調(diào)控。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好，易于普及推廣，在醫(yī)療、生物傳感等方面有著非常誘人的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中金納米棒檢測(cè)鐵離子時(shí)，其局域表面等離子體共振光譜變化圖，圖中 曲線a、b、c、d、e、f 分別代表鐵離子的濃度為0、5X10_6、1. 5X10_5、3X10_4、5Xl(T3、lXl(T2mol/L 時(shí)的曲線。圖2為本發(fā)明實(shí)施例二中金納米棒檢測(cè)銀離子時(shí)，其局域表面等離子體共振光譜變化圖，圖中曲線a、b、c、d分別代表銀離子的濃度為0、5X 10_6、I X 10_5、6X 10_3mol/L時(shí)的曲線。圖3為本發(fā)明實(shí)施例三中金納米棒檢測(cè)銅離子時(shí)，其局域表面等離子體共振光譜變化圖，圖中曲線a、b、C、d、e、分別代表鐵離子的濃度為0、4X10_8、1X10_6、1X10_4、5Xl(T3mol/L時(shí)的曲線。圖4為本發(fā)明實(shí)施例四中金納米棒檢測(cè)四種金屬離子時(shí)，其局域表面等離子體共振光譜變化圖。圖中曲線a表示原始金納米棒；b表示與金納米棒與鐵離子作用后藍(lán)移；c表示鐵離子反應(yīng)完畢后，銀離子又使金納米棒的局域表面等離子體曲線紅移；d表示當(dāng)銀離子與金納米棒反應(yīng)完全后，銅離子使局域表面等離子體曲線再發(fā)生藍(lán)移；e表示最后可溶性汞使局域等離子體曲線再一次紅移。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例一分別取6份2mL的金納米棒溶液，其中I份作為參比，向另外5份金納米棒溶液中加入不同濃度的氯化鐵溶液，使鐵離子的濃度在6份金納米棒溶液中的最終濃度分別為0、5X lO'l. 5X 10_5、3X 10_4、5X 10_3、1X 10_2mol/L，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，30分鐘后記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線，記錄結(jié)果如圖1所示。實(shí)施例二 分別取4份2mL金納米棒溶液，其中I份作為參比，向另外3份金納米棒溶液中加入20 ii L不同濃度的硝酸銀溶液，然后再加入40 ii L硫代硫酸鈉溶液(0. 25mol/L)，使銀離子的濃度在4份金納米棒溶液中的最終濃度分別為0、5X10_6、1X10_5、6父10_3!1101/1，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在40飛01的水域中加熱20分鐘(或室溫下作用6小時(shí))后，記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線，記錄結(jié)果如圖2所示。實(shí)施例三分別取5份2mL金納米棒溶液，其中I份作為參比，向另外4份金納米棒溶液中加入20 u L不同濃度的硝酸銅溶液后，再加入20 ii L硫代硫酸鈉溶液，使銅離子的濃度在5份金納米棒溶液中的最終濃度分別為0、4X 10_8、I X 10_6、I X 10_4、5 X 10^3mol/L,在可見(jiàn)-近紅外區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在室溫下作用30分鐘后，記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線，記錄結(jié)果如圖3所示。實(shí)施例四取3mL金納米棒溶液，加入100 U L含有硝酸鐵、硝酸銀、硝酸銅和硝酸汞溶液的樣品，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，作用30分鐘后，記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線；然后加入40 ii L硫代硫酸鈉溶液(0. 25mol/L)，在60°C的水域中加熱10分鐘后，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)用儀器記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線；待溶液中的銀離子反應(yīng)完畢后，金納米棒的縱向等離子體波長(zhǎng)又開(kāi)始藍(lán)移直至溶液中的銅離子反應(yīng)完全，記錄其局域表面等離子體共振光譜變化曲線。最后、向金納米棒溶液中加入20 y L硼氫化鈉溶液(10 _3mOl/L)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其局域表面等離子體共振光譜曲線變化。記錄結(jié)果如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種基于局域表面等離子體性質(zhì)檢測(cè)多種金屬離子方法，其特征在于包括如下順序的步驟 (1)將待測(cè)溶液加入到金納米棒溶液中，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金納米棒局域表面等離子體共振波長(zhǎng)的變化，當(dāng)待測(cè)溶液中含有鐵離子時(shí)，金納米棒局域表面縱向等離子體波逐漸藍(lán)移，根據(jù)縱向等離子體波的變化程度可定量地測(cè)定溶液中鐵離子的含量； (2)當(dāng)溶液中的鐵離子反應(yīng)完畢后藍(lán)移停止，再加入硫代硫酸鈉溶液，如待測(cè)溶液中含有金屬銀離子，金納米棒的縱向等離子波逐漸紅移一直到溶液中的銀離子反應(yīng)完畢，根據(jù)縱向等離子體波長(zhǎng)的變化情況可定量地測(cè)定溶液中銀離子的濃度； (3)當(dāng)待測(cè)溶液中還含有銅離子時(shí)，銀離子反應(yīng)完畢后，由于銅離子的作用使金納米棒的縱向等離子體波長(zhǎng)又藍(lán)移，波長(zhǎng)的藍(lán)移程度與溶液中銅離子的含量成正比，即可定量地測(cè)定溶液中銅離子的含量； (4)當(dāng)金納米棒的縱向等離子體波長(zhǎng)不再發(fā)生變化時(shí)，再往溶液中加入硼氫化鈉溶液，如果待測(cè)溶液中還含有汞離子，在有銅離子存在的情況下，金納米棒的縱向等離子波長(zhǎng)再次紅移；在沒(méi)有銅離子存在的情況下，縱向等離子體波逐漸藍(lán)移；縱向等離子體波長(zhǎng)的變化程度與溶液中可溶性汞的含量成正比，即可定量地檢測(cè)可溶性汞的含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于局域表面等離子體性質(zhì)檢測(cè)多種金屬離子方法，其特征在于檢測(cè)鐵、銀、銅、萊離子的最低濃度分別為ΙΟΛιοΙ/Ι^ΙΟΛιοΙ/Ι^ΙΟ,ηιοΙ/Ι^ΙΟΛιοΙ/L0
3.—種如權(quán)利要求1所述基于局域表面等離子體性質(zhì)檢測(cè)多種金屬離子方法的應(yīng)用，其特征在于用于對(duì)金納米棒縱向等離子波長(zhǎng)的可逆調(diào)控。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于局域表面等離子體性質(zhì)連續(xù)檢測(cè)多種金屬離子(鐵、銀、銅、汞)的方法及應(yīng)用。本發(fā)明通過(guò)加入待測(cè)溶液樣品，再依次加入硫代硫酸鈉溶液和硼氫化鈉溶液，同時(shí)，在可見(jiàn)-近紅外區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)金納米棒局域表面等離子體共振波長(zhǎng)的變化，由于溶液中可能存在的鐵、銀、銅、汞四種痕量金屬離子改變了金納米棒的縱橫比或納米結(jié)構(gòu)或組成，使金納米棒的局域表面等離子體波長(zhǎng)發(fā)生變化，從而檢測(cè)溶液中痕量的金屬離子。本方法利用金納米棒的局域表面等離子體共振性質(zhì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶液中四種痕量金屬離子的檢測(cè)以及可用于對(duì)金納米棒縱向等離子波長(zhǎng)的可逆調(diào)控。該發(fā)明操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好，易于普及推廣。
文檔編號(hào)G01N21/55GK103048295SQ20121055483
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者黃昊文, 陳甚娜, 劉芳, 趙倩 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)