熱點(diǎn)應(yīng)用丨紫外-可見(jiàn)光譜法表征金納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)（上）

簡(jiǎn)介

金納米顆粒（AuNPs）的使用可以追溯至科學(xué)革命之前，已知Z 早的使用是在萊克格斯杯的彩色玻璃上（公元4世紀(jì)保存下來(lái)的）。它們也經(jīng)常用于彩色玻璃窗，如圖1。當(dāng)光線透過(guò)玻璃時(shí)，分散在玻璃中的金顆粒使我們可以觀察到深紅色。納米粒子（NP）被定義為尺寸在1~100nm之間的粒子。金屬納米粒子在科學(xué)研究中應(yīng)用非常廣泛，與大塊金屬相比，它們擁有更多的、可調(diào)整的物理、光學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。金納米顆粒尤其如此，它具有易于調(diào)整的光學(xué)性質(zhì)，光學(xué)性質(zhì)與物理狀態(tài)、化學(xué)環(huán)境有關(guān)。金納米顆?？梢跃_地設(shè)計(jì)用于各種不同的應(yīng)用。

圖1 金納米顆粒使彩色玻璃窗和藝術(shù)品呈現(xiàn)紅色

現(xiàn)在，金納米顆粒膠體在比色和光學(xué)檢測(cè)應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗鼈兛梢杂行У匚蘸蜕⑸涔猓⑶铱梢愿鶕?jù)它們的物理和化學(xué)特性進(jìn)行調(diào)整，在不同的波長(zhǎng)范圍展現(xiàn)光學(xué)活性。具體地說(shuō)，可以通過(guò)金的納米顆粒有效地研究局域表面等離子體共振效應(yīng)（LSPR）。在入射光激發(fā)下， 金納米顆粒表面上的傳導(dǎo)電子以特定頻率進(jìn)行位移和相干振動(dòng)，引起的LSPR效應(yīng)。LSPR對(duì)于光學(xué)傳感的研究是一個(gè)非常有用的參數(shù)，它的頻率很大程度上取決于幾個(gè)因素，如NP大小、NP形態(tài)、粒子間距離和周圍電介質(zhì)的折射率。調(diào)整這些因素，可以檢測(cè)外部變量變化帶來(lái)的影響。金納米顆粒的光學(xué)特性，傳統(tǒng)上是用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)來(lái)檢測(cè)的。紫外-可見(jiàn)光譜可以表征樣品在較寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)光信號(hào)的響應(yīng)，是一種較好的檢測(cè)技術(shù)；并且LSPR效應(yīng)在金納米顆粒的吸收光譜上作為一個(gè)特征峰出現(xiàn)。本篇應(yīng)用中，使用紫外-可見(jiàn)光譜研究AuNPs的光學(xué)性質(zhì)。首先，研究了球形膠體AuNPs的LSPR效應(yīng)隨粒徑的變化規(guī)律。然后，在誘導(dǎo)聚集實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)跟蹤LSPR特征峰來(lái)表明AuNPs的化學(xué)傳感潛力。

設(shè)備與方法

愛(ài)丁堡DS5實(shí)時(shí)雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)；

不同尺寸的金納米顆粒膠體溶液（BBI試劑公司）；氯化鈉（Sigma Aldrich）；為了誘導(dǎo)AuNPs聚集，將氯化鈉溶解在蒸餾水中，等分后加入到AuNPs溶液中。進(jìn)行吸收測(cè)量時(shí)，將1.5mL樣品置于1cm的比色皿中，將蒸餾水置于參比光路的比色皿中。在400~1000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行分析，掃描速度為800nm/min，讀取間隔為1nm。

結(jié)果與討論

為了研究粒徑與LSPR之間的關(guān)系，我們利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)粒徑在10~80nm之間的各種球形AuNP樣品進(jìn)行了表征，如圖2所示。溶液中穩(wěn)定的金納米球形顆粒在紫外-可見(jiàn)光譜中很容易識(shí)別，它們具有明顯的吸收峰，λmax通常位于500nm~600nm之間。數(shù)據(jù)表明，隨著納米球形顆粒體積的增加，歸一化吸收光譜中λmax值的LSPR波長(zhǎng)發(fā)生紅移。LSPR波長(zhǎng)變長(zhǎng)是由于電子在更大的面積上振動(dòng)，頻率更低。隨著顆粒尺寸的增大，LSPR紅移現(xiàn)象可用于設(shè)計(jì)生物光學(xué)納米傳感器，此類應(yīng)用需要近紅外（NIR）激發(fā)光源。隨著顆粒尺寸的增大，顏色也會(huì)發(fā)生變化，這可以用相應(yīng)的吸收光譜來(lái)解釋。較小的納米球形顆粒強(qiáng)烈吸收可見(jiàn)光譜的綠色部分，產(chǎn)生豐富的紅寶石色，是比色分析的理想選擇，如橫向流動(dòng)測(cè)試裝置。隨著納米球形顆粒尺寸的增大和LSPR紅移，更多的紅光被吸收，膠體溶液呈現(xiàn)紫色 色調(diào)。

圖2 球形AuNPs粒徑的增大對(duì)LSPR的影響

通過(guò)UV-Vis光譜觀測(cè)LSPR，也可用于跟蹤膠體AuNPs穩(wěn)定性的變化，穩(wěn)定性的喪失會(huì)導(dǎo)致單個(gè)NPs聚集成簇，從而改變它們的大小、形狀和粒子間距離。采用一種可控的方式誘導(dǎo)聚集，用于比色法和LSPR分析，設(shè)計(jì)用于近紅外生物納米傳感器；如果不加以控制，也會(huì)造成NPs的不可逆溶解。

（未完待續(xù)）

DS5實(shí)時(shí)雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)

愛(ài)丁堡儀器DS5實(shí)時(shí)雙光束紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)作為愛(ài)丁堡分子光譜家族中的一員，是一款現(xiàn)代化、智能化、人機(jī)交互的高精度分光光度計(jì)，是擁有多種帶寬（0.5、1.0、1.5、2.0、4.0nm）、先進(jìn)的C-T型單色器的實(shí)時(shí)雙光束分光光度計(jì)，能夠滿足不同光譜分辨率的測(cè)試需求；具有超高掃描速度（高達(dá)6,000nm/min），輕松實(shí)現(xiàn)大量樣品的快速檢測(cè)，同時(shí)擁有功能強(qiáng)大、專業(yè)版軟件操作系統(tǒng)Visacle，一鍵解鎖繁復(fù)測(cè)試。

廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)研究領(lǐng)域，以及化工、醫(yī)藥、環(huán)境檢測(cè)等。