金纳米粒子检测铬含量
金和银纳米粒子用于环境有害物质的检测最近引起了人们的注意。所依据的基本原理是这些纳米粒子产生的表面等离子体共振吸收。例如,水体系中隐色重金属离子的检测就能利用同金纳米粒子的反应。当饮用水中存在有万分之几以上的Pb2+、Cd2+和Hg2+离子时,就会对公众的健康带来危害。而通常要检测这些元素,使用灵敏的仪器分析的方法,如ICP-AE、AAS等,目前也不会有太大的困难。但是,一个简单、便宜、快速、可靠和不使用特殊技术处理及贵重仪器的定量或半定量的方法仍是十分需要的。于是利用作为一个非分子发色团的金或银纳米粒子同重金属离子受体的功能化作用,就能对这些隐色离子起到一个高强度显色信息基团的作用,从而拟定出简单的目视比色的方法。所利用的发色团就是以11-巯基十一烷酸封端的直径为13.6 nm的金粒子。这一功能化的、以1.0% PVA做保护剂的胶体金纳米粒子溶液呈红色,当加入一些盐溶液时,粒子因为发生聚集不仅使其等离子体能带发生漂移,而且在长波方向增加了瑞利散射作用,随之发生从红色到蓝色的变化。如果这一聚集是被重金属离子识别和引起的话,那么颜色的变化在视觉上是相当敏感的,而且加入EDTA又能使红色到蓝色的变化发生逆转,因为EDTA是重金属离子的良好络和剂。在实验条件下,Pb2+的检出限为400 mmol/L。利用类似的原理和颜色的变化,对于Hg2+和Cd2+离子也能够进行检测。
在饮用水系统的消毒过程中,如果消毒材料为HOBr的话,就可能产生三卤甲烷的衍生物(如CHBr3、CH2ClBr、CHCl2Br);如果是用Cl2消毒,当水中的溴化物余量较高时,这些物质也可能产生。而卤代烷一类化合物在环境中是需优先控制和检测的污染物种,因为它们具有致癌和有害于神经系统。为了测定此类化合物,在Triton X-100-Au(Ⅲ)介质中利用光化学还原法制备稳定的胶体金纳米粒子,并借助于在UV-光照下含有溴的三卤甲烷能使金纳米粒子氧化溶解而测定这些有毒化合物。制备的金胶体溶液在523 nm处呈现一等离子体共振吸收峰,当加入KBrO3和待测试样后,以常用的杀菌灯照射这一混合物,红色胶体逐渐褪色并变成黄色(lmax=400 nm),通过测量400 nm处吸收强度的增加或523 nm处吸收的减小,就能测定试样中三卤甲烷化合物的浓度,从而应用于监控饮水系统中的这些有害物种。
为检测水溶液中毒物CN-离子,研究者在碱性条件下利用PVP做保护剂、光化学还原制备银纳米粒子,并与CN-离子进行反应。发现银纳米粒子敏锐的等离子体共振吸收峰位于400 nm,当加入CN-离子后,吸光度的降低同CN-浓度有良好的线性关系,而吸收峰没有产生明显的红移。利用这一纳米反应可检测水系中的CN-,同时也探讨了体系的反应机理。
另一方面,由金和铂纳米粒子/1,9-壬烷二硫醇逐层自组装形成的膜是对有害气体和溶剂蒸汽(NH3、CO和水-苯蒸气)灵敏的化学电阻传感器,对提到的这些气体,膜电阻响应的灵敏度为300 ng ~ 5000 µg的浓度范围。尽管总的信号强度较弱,但是电阻传感器的信噪比是很高的,对NH3气的检测限达100 ng。
应该看到,利用贵金属纳米技术对环境有害物质的检测,目前这方面的研究仅仅是开始,它的应用前景光明与否还有待今后的研究工作来证实。