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金纳米棒的制备与修饰及其在环境污染物检测中的应用

朱笑天  
【摘要】:金属纳米粒子以其独特的局域表面等离子共振(LSPR)效应而广泛应用于传感检测。其LSPR效应取决于其形状、尺寸及周围介电常数,通过设计待测物质与纳米粒子特异性的相互作用或化学反应改变其表面等离子共振效应,可实现对待测物质高灵敏度和选择性的定量检测。本文基于有LSPR特性的金属纳米棒,研究了对溶液中硫离子(S2-)浓度和在酸性红染料干扰下甲醛溶液浓度的定量检测。利用5-溴水杨酸作为添加剂从而有效减少了已有“种子生长”法中表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵(CTAB)的用量。紫外-可见吸收光谱结果表明,所制备的金纳米棒有两个LSPR吸收峰,分别对应其纵向等离子共振吸收和横向等离子共振吸收。研究了“生长”体系中5-溴水杨酸加入量、硝酸银加入量、pH和“种子”加入量对所制备金纳米棒的影响。结果表明,增加生长体系中5-溴水杨酸和硝酸银用量,可以增大金纳米棒的纵向LSPR吸收峰波长,降低生长体系的pH和种子加入量也可增大金纳米棒的纵向LSPR吸收峰波长,通过改变上述实验参数可使制备的金纳米棒的纵向LSPR吸收峰波长可以在572 nm-850nm范围内可调。基于Au-Hg纳米棒的LSPR特性,建立了一种快速灵敏的水溶液中硫离子浓度的检测方式。其检测机理为,当体系中有硫离子时,硫离子可以快速地在Au-Hg纳米棒表面形成HgS,改变Au-Hg纳米棒的介电特性,造成Au-Hg纳米棒的纵向LSPR吸收峰发生红移。在优化后的条件下,Au-Hg纳米棒的纵向LSPR吸收峰位移值(Δλpeak)与硫离子浓度的线性范围为1×10-5mol/L-1×10-4mol/L。对检测温度、pH、时间和特异性等实验参数的研究结果表明,Au-Hg纳米棒对硫离子的选择性好,稳定性高,响应时间短。基于金纳米棒的LSPR特性,开发了一种可以在酸性红染料干扰下快速灵敏地检测甲醛溶液浓度的方法。在碱性条件下,甲醛有还原性,可使汞离子(Hg2+)还原为单质汞(Hg0)。单质汞与金纳米棒之间发生特异性的汞齐化反应,使金纳米棒的长径比减小,从而造成金纳米棒的纵向LSPR吸收峰蓝移。通过包覆聚苯乙烯磺酸钠(PSS)改变金纳米棒表面的带电特性,使其可在酸性红的存在稳定存在,为在酸性红染料干扰下准确检测甲醛溶液浓度提供了基础。在优化条件下,PSS包覆金纳米棒的Δλpeak与甲醛溶液浓度的线性范围0.1-1mg/L相关系数R2=0.99。


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