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        一個簡便快速測定CO的納米金表面等離子體共振吸收光譜法

        2016-06-15 16:40:58梁愛惠尚廣云張杏輝溫桂清蔣治良
        光譜學與光譜分析 2016年8期
        關鍵詞:緩沖溶液一氧化碳吸收光譜

        梁愛惠, 尚廣云, 張杏輝, 溫桂清, 蔣治良

        珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室, 廣西師范大學, 廣西 桂林 541004

        一個簡便快速測定CO的納米金表面等離子體共振吸收光譜法

        梁愛惠, 尚廣云, 張杏輝, 溫桂清, 蔣治良*

        珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室, 廣西師范大學, 廣西 桂林 541004

        CO; 納米金; 表面等離子體共振吸收

        引 言

        大氣污染物的測定和封閉環(huán)境中氣體泄漏的檢測對人類的健康和安全至關重要[1-3]。 CO主要由火焰或烤爐等碳的不完全燃燒所產生, 是一種常溫下為無色、 無臭的有毒氣體, 人們受一氧化碳的污染在慢性中毒時完全意識不到它, 有時甚至有舒適的感覺, 這些特性更增加了它的危害性。 目前測定CO的方法主要有紅外吸收法、 氣相色譜法、 電位法、 汞取代法、 分光光度法、 I2O5和PdCl2目視比色法等[4-6], 而檢測CO的半導體傳感器研制備受青睞。 Kim等[7]構建了了一個檢測CO的SnO2半導體傳感器, Boehm等[3]制備了一個InP-GaSb傳感器可檢測2.0 μg·mL-1CO。 Wang等[8]研制了一個BN/Ge納米管傳感器, 可用于檢測CO和NO。 Ghosh等[9]報道了穩(wěn)定價廉的Ca-SnO2傳感器, 可檢測空氣中1.0 μg·mL-1CO。 納米溶膠具有新奇的光學特性, 納米金溶膠顯示出不同的顏色并用于分析化學, 但基于納米金表面等離子體共振(SPR)吸收光譜檢測CO的方法尚未見報道。 基于一氧化碳還原HAuCl4生成金納米粒子(NG)及NG在540 nm處產生一個SPR吸收峰, 建立了一種簡單、 快速、 靈敏檢測CO的SPR吸收光譜法。

        1 實驗部分

        1.1 儀器與試劑

        TU-1901型雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司); H-800型透射電子顯微鏡(日本日立公司), 點間距0.45 nm, 晶格分辨率0.204 nm, 加速電壓200 kV, 傾斜角±25°。

        用一支25 mL具塞試管加入20 mL去離子水, 置于25 ℃水浴中, 在標準大氣壓下, 向水中通入一氧化碳氣體10 min, 制成一氧化碳飽和儲備液, 根據(jù)蘭式化學手冊可知, 此溶液中一氧化碳的質量濃度為26.03 mg·L-1[10-11]。 pH 7.2磷酸鹽緩沖溶液(PBS)(0.2 mol·L-1磷酸鹽): 取72 mL 0.2 mol·L-1Na2HPO4溶液與28 mL 0.2 mol·L-1NaH2PO4溶液混勻; 0.4 mg· mL-1HAuCl4氯金酸溶液。

        1.2 方法

        在5 mL具塞刻度試管中, 依次移取400 μL pH 7.2的PBS緩沖溶液, 400 μL 0.2 mg·mL-1HAuCl4, 一定量 26.03 mg·L-1CO, 搖勻, 然后定容至2.0 mL, 靜置5 min后, 用分光光度計掃描獲得SPR吸收光譜。 測量溶液540 nm波長處的吸光度A, 不加CO溶液做試劑空白A0, 計算ΔA=A-A0值。

        2 結果與討論

        在pH7.2的PBS緩沖溶液中,HAuCl4的Au(Ⅲ)具有較強的氧化性, 其標準電極電位為+1.50V, 它可被還原生成Au;CO具有較強的還原性, 其電極電位為-0.12V, 它可被氧化生成CO2。 當HAuCl4與CO共存形成原電池時, 其標準電極電位差為1.62V, 即HAuCl4可與CO反應生成Au和CO2。 生成的Au原子之間具有很強的相互作用力而聚集成近似球形的金納米粒子, 其平均粒徑為45nm, 并在1.70, 2.20和9.70keV處產生3個金的能譜峰(圖1)。 隨著CO濃度的增大, 被還原出來的金納米粒子越多, 溶液顏色由無色變?yōu)榫萍t色, 540nm處的SPR吸收峰線性增強。 據(jù)此建立了一種簡便、 快速定量檢測CO的SPR分析方法。

        圖1 CO-HAuCl4體系的透射電鏡和能譜圖

        2.1 SPR吸收光譜

        在pH 7.2的PBS緩沖溶液中, CO溶液還原HAuCl4生成納米金粒子溶液, 隨著CO溶液濃度的增加, 體系的顏色由無色變成酒紅色。 生成的金納米粒子溶液在540 nm處有一個SPR吸收峰。 隨著CO濃度的增加, 體系在540 nm處的吸收峰強度逐漸增強(圖2)。 選擇540 nm波長檢測CO。

        2.2 條件優(yōu)化

        考察了PBS緩沖溶液pH值(5~8)對反應體系的影響。 實驗結果表明, 選擇PBS緩沖溶液的pH為7.2, 其ΔA最大。 實驗考察了PBS緩沖溶液濃度對體系ΔA的影響。 當PBS濃度為40 mmoL·L-1時, ΔI最大, 故選擇PBS濃度為40 mmoL·L-1。 實驗考察了HAuCl4濃度對體系ΔA的影響。 結果表明, 當HAuCl4溶液濃度為40.0 μg· mL-1時, ΔA最大, 故選擇HAuCl4溶液濃度為40.0 μg·mL-1。 實驗考察了CO與HAuCl4反應時間的影響。 結果表明, 5 min后, CO與HAuCl4基本已經反應完全且在60 min內穩(wěn)定, 因此在定容后靜置5 min檢測。

        圖2 CO-HAuCl4體系的表面等離子體共振吸收光譜

        The CO concentrations are 0, 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.125, 3.75, 5.0, 6.25 and 8.75 μg· mL-1respectively

        2.3 工作曲線

        按照實驗方法繪制了體系的工作曲線。 隨著CO濃度的增大, 被還原出的納米金粒子就越多, 體系的ΔA值線性增大, CO的濃度在0.2~8.75 μg· mL-1范圍內與吸光度ΔA呈良好的線性關系, 線性方程為ΔA=0.035 1c+0.002, 相關系數(shù)為0.994 5, 檢出限為0.1μg·mL-1CO。

        2.4 共存物質的影響

        2.5 樣品分析

        取大氣采樣儀, 用4mLpH7.2PBS-40.0μg·mL-1HAuCl4溶液做吸收液, 以0.5L·min-1的流速采樣60min。 采樣后的溶液轉入5mL比色管中, 同時做空白對照,

        表1 樣品分析結果

        按實驗方法對CO濃度進行檢測。 結果與氣相色譜(GC)結果一致(表1), 相對標準偏差在1.8%~4.2%之間。

        3 結 論

        基于一氧化碳還原HAuCl4生成金納米粒子(NG), NG在540 nm處產生一個表面等離子體共振(SPR) 吸收峰, 建立了一種簡單快速靈敏的檢測0.2~8.75 μg· mL-1CO的SPR吸收光譜法。 該法用于測定空氣樣品中 CO含量, 結果與氣相色譜法一致。

        [1] GUO Zu-pei(郭祖培). Environmental Science & Technology(環(huán)境科學與技術), 2000, 3: 44.

        [2] Liu Q, Dong J, Luo Y, et al. RSC Advance, 2014, 4(21): 10955.

        [3] Boehm G, Bachmann A, Rosskopf J, et al. J. Crystal Growth, 2011, 323(1): 442.

        [4] Zoltan B, Andras G, Krisztian H, et al. Anal. Chem., 2006, 78(7): 2382.

        [5] Blondeau-Patissier V, Vanotti M, Pretre T, et al. Procedia Eng., 2011, 25: 1085.

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        [7] Kim B, Lu Y J, Hannon A, et al. Sens. Actuators B, 2013, 177: 770.

        [8] Wang R X, Zhang D J, Liu C B. Comp. Mater. Sci., 2014, 82: 361.

        [9] Ghosh S, Narjinary M, Sen A, et al. Sens. Actuators B, 2014, 203: 490.

        [10] Chen D, Sun Y, Li J, et al. Foods Sci., 2011, 36: 283.

        [11] Dean J A. Langes Handbook of Chemistry. 15th ed. New York: MeGraw-Hill, 1999.

        A Facile Nanogold Surface Plasmon Resonance Absorption Method for CO Tracing

        LIANG Ai-hui, SHANG Guang-yun, ZHANG Xing-hui, WEN Gui-qing, JIANG Zhi-liang*

        Key Laboratory of Ecology of Rare and Endangered Species and Environmental Conservation of Ministry of Education, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China

        CO; Nanogold; SPR absorption

        Feb. 4, 2015; accepted Jun. 16, 2015)

        2015-02-04,

        2015-06-16

        國家自然科學基金項目(21165005, 21267004, 21367005, 21307017, 21465006, 21477025, 21467001)和廣西自然科學基金項目(2013GXNSFFA019003, 2014GXNSFAA118059)資助

        梁愛惠, 1965年生, 珍稀瀕危動植物生態(tài)與環(huán)境保護教育部重點實驗室研究員 e-mail: ahliang2008@163.com *通訊聯(lián)系人 e-mail: zljiang@mailbox.gxnu.edu.cn

        O657.3

        A

        10.3964/j.issn.1000-0593(2016)08-2576-03

        *Corresponding author

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