魯米諾及銀納米功能化二氧化硅納米粒子的制備與性能研究

邱淑銀，李桂新

(新疆師范大學化學化工學院，新疆 烏魯木齊市 830054)

1 引言

魯米諾作為常用的化學發光和電化學發光試劑，是研究最早、最多、應用最廣泛的化學發光試劑之一，以魯米諾及其衍生物為發光試劑的電化學發光傳感器在生物分子的檢測中表現出巨大的優越性[1-3]。

銀納米相比于金納米及波納米顆粒具有更好催化活性，快速產生超氧陰離子自由基及羥基自由基從而提高增強魯米諾與過氧化氫化學發光體系化學發光[4]。基于二氧化硅的優良性質，將其作為納米載體包裹不同發光試劑，可制備合成多種發光功能化的二氧化硅納米材料[5-8]。因此我們采用包裹魯米諾發光試劑的二氧化硅納米粒子，同時將能夠增強魯米諾化學發光強度的銀納米共同包裹于二氧化硅納米粒子內部，以獲得具有高化學發光強度的發光功能化二氧化硅納米粒子，即 Luminol/Ag/SiO2。我們通過紫外-可見吸收光譜(UV-vis)、紅外光譜(FT-IR)等儀器分析手段，表征 Luminol/Ag/SiO2復合納米材料的化學成分組成。通過透射電鏡對Luminol/Ag/SiO2復合納米材料的形貌進行表征。通過化學發光儀檢測其化學發光，通過電化學工作站研究其電化學發光性能。

2 實驗部分

2.1 實驗試劑

魯米諾(luminol)(美國 Sigma 公司)，殼聚糖(上海試劑公司)，檸檬酸三鈉(天津市盛奧化學試劑有限公司)，硝酸銀(上海精細化工材料研究所)，實驗用水為超純水。

2.2 過St?ber法制備Luminol/Ag/SiO2納米材料

2.2.1 銀納米制備

采用檸檬酸三鈉還原硝酸銀制備銀納米[9]。將新鮮制備的100mL的含22.5 mg硝酸銀的硝酸銀溶液與2.5mL 38.8 mmol/L檸檬酸鈉溶液一起共熱煮沸，持續加熱至100℃，并伴有劇烈磁力攪拌，反應15 min后，使其白然冷卻至室溫即可得到灰黑色的含納米銀顆粒的溶膠，4℃冷藏，保存備用。

2.2.2 Luminol/Ag/SiO2制備

制備的20mL銀溶膠，5mL魯米諾溶液 加入到100mL無水乙醇中，磁力攪拌混勻，將10 μL乙醇稀釋后的TEOS加入到混合溶液中，調節至pH值=10.0左右，逐滴加入10 μL TEOS，用10000 r/min 的轉速的離心15 min，沉淀物用無水乙醇各洗滌3次，即得Luminol/Ag/SiO2核殼顆粒 ，置于容量瓶超純水定容至50 mL，置于4℃冷藏，保存。如圖1St?ber法合Luminol@Ag@SiO2示意圖。

圖1 St?ber法合成Luminol@Ag@SiO2示意圖

2.3 Luminol/Ag/SiO2的化學發光特性研究

將Luminol/Ag/SiO2納米材料超純水超聲分散，移液槍移入40 μL到小燒杯中，再由靜態注射器注入0.5 mL含有過氧化氫 (100 mM.pH值=13.0) 的NaOH溶液。開始運行，基線平穩后，注射過氧化氫后立即開始采集信號化學發光強度化學發光檢測儀檢測，并記錄其化學發光動力學曲線，以其發光峰值作為比較化學發光強度的依據。

2.4 Luminol/Ag/SiO2的電化學發光特性研究

電極的預處理：實驗中把準備好的 ITO導電玻璃依次放入丙酮、無水乙醇和超純水中分別超聲15min清洗后得到清潔的ITO基底。將20 μL功能化的 Luminol/Ag/SiO2復合材料和適量的0.5%殼聚糖混合液滴涂在ITO電極表面。切每次滴涂位置相同。自然晾干。用超純水多次清洗電極表面，以除去物理吸附的殼聚糖。在實驗中，我們以ITO導電玻璃為工作電極，在電化學池工作腔中加入pH值=10.0的0.01 mol/L碳酸鹽緩沖液用循環伏安法在工作電極上施加從0V到1.5V的電位，以研究電致化學發光特性。

3 結果與討論

3.1 納米材料的表征

3.1．1 Luminol/Ag/SiO2的形貌分析

實驗用檸檬酸鈉同時作為還原劑和穩定劑，共煮沸方法制銀納米粒子粒徑平均為30至50 nm左右，如圖2b所示。采用改進的St?ber法制備得到的 Luminol/Ag/SiO2納米粒子，由于Ag和SiO2的透光度和厚度不同，通過透射電鏡可以很明顯地看到納米顆粒呈現顏色差異，外層灰白色的殼狀物為二氧化硅殼層，內層顏色較深的核狀物即為銀核，核殼結構完整并且緊密，殼層包覆均勻。實驗用檸檬酸鈉同時作為還原劑和穩定劑，共煮沸方法制銀納米粒子粒徑平均為100nm左右。殼層為30nm左右。

圖2 材料透射電鏡圖 (a, Luminol/Ag/SiO2 b,Ag)

3.1．2 Luminol/Ag/SiO2紫外可見吸收光譜

由圖3看到，銀納米粒子的UV-Vi吸收光譜曲線a可知，銀納米的吸收峰在425 nm。Luminol/Ag/SiO2納米材料，在300～600 nm范圍內只有一個吸收峰，如曲線b所示，這說明銀膠粒子被SiO2包覆后由于二氧化硅包裹層，使得顆粒的短波散射增強，因此產生紅移。

圖3 紫外-可見吸收光譜 (a, Luminol/Ag/SiO2 b,Ag)

3.1．3 Luminol/Ag/SiO2紅外光譜

由紅外光譜圖4可知，3434cm-1左右是二氧化硅中典型Si-O-H的反對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，1100cm-1左右為Si-O-Si 的反對稱伸縮振動特征峰。803cm-1左右475cm-1為SiO2特征吸收峰。

圖4 Luminol/Ag/SiO2紅外光譜

3.1．4 Luminol/Ag/SiO2的化學發光性能研究

將Luminol/Ag/SiO2及Luminol/SiO2納米材料超純水超聲分散，分別移取40 μL到10mL小燒杯中，再由靜態注射器注入0.5mL含有過氧化氫(100 mM.pH值=13.0)的NaOH溶液。開始運行，基線平穩后，靜態注射端注射過氧化氫的NaOH溶液后立即開始采集信號，發光動力學曲線如圖5，結果表明 Luminol/Ag/SiO2較 Luminol/SiO2納米材料具有更優越化學發光特性，同時證明魯米諾分子成功負載于復合納米材料上。

a. Luminol/Ag/SiO2;b. Luminol/SiO2圖5 化學發光動力學去曲線

3.1．5 Luminol/Ag/SiO2電化學發光性能研究

因魯米諾發光試劑具有優越的化學發光特性，故該復合納米材料可能具備優良ECL特性。因此又研究其ECL性質。將殼聚糖分別和Luminol/Ag/SiO2及Luminol/SiO2納米材料混合后，將混合液滴涂在修飾到ITO電極表面。以碳酸鹽緩沖液為電解液，用循環伏安法研究了Luminol/Ag/SiO2及 Luminol/SiO2的ECL特性。由圖6A可得，ECL強度的最大值在0.92V左右，基于此，我們進一步研究了修飾電極在多電位階躍下的電化學發光信號，在工作溶液中的電化學發光強度如圖6B。具體條件為：初始電位0V，脈沖電位是0.9V，脈沖時間是15s，電解液為pH值=10.0 CBS緩沖溶液，光電倍增管的負高壓為600V,發光納米材料取量為20 μL。這與魯米諾分子在此處的發生電氧化有關，結果表明魯米諾成功負載于二氧化硅表面并保持了優良化學性質。

(a:Luminol/Ag/SiO2；b:Luminol/SiO2)圖6 (A)材料的ECL曲線；(B)多電位階躍下的電化學發光圖

4 結論

本文采用St?ber法成功制備 Luminol/Ag/SiO2復合發光功能化納米材料，研究Luminol/Ag/SiO2化學發光和電化學發光性能，實驗結果表明Luminol/Ag/SiO2具有優越化學發光及電化學發光性能。在生物分析領域具有巨大的潛力。

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