海藻酸钠—纳米金复合物荧光猝灭法测定纺织品中的铬E

李云 李刚 雷克林 李明 刘慧宏

摘要：生态纺织品中铬含量有严格的限制。本实验利用海藻酸钠一步法成功合成了纳米金溶胶，并对其荧光特性进行了研究。结果表明，海藻酸钠纳米金复合物（AuNPsSA）在激发波长λex=330 nm处表现出最强荧光特性，在该激发波长下，最大发射波长λem=415 nm。铬对海藻酸钠纳米金复合物的荧光有猝灭效应，纳米金荧光强度随铬浓度的增加而减弱，利用其荧光猝灭特性建立了铬定量分析方法。调节AuNPsSA 溶液至pH 7.0，加入Cr，反应40 min后，测定荧光强度变化。铬浓度在1.0×10 mol/L。本方法用于纺织品中苎麻与涤纶的痕量铬的检测，所得结果与国家标准方法（GB/T 17593.32006）没有显著性差异。

关键词 ：海藻酸钠；纳米金；荧光猝灭；铬

1 引 言

铬矾和重铬酸盐可作为皮革的鞣料、织物染色的媒染剂、浸渍剂和氧化剂。而铬因其强氧化性，被人体吸收后，会扰乱很多酶的功能，损害肝脏和肾脏，易致癌，其毒性比铬高100倍。在已发布的OekoTex Standard 100[1]明确指出，纺织品中的铬含量不得检出铬 （<0.5 mg/kg）。目前，检测纺织品中铬的标准方法有原子发射法[2]、原子吸收法[3]、可见光分光光度法[4]和电感耦合等离子体质谱法[5]等。在这些分析检测方法中，原子发射法和原子吸收法的检测条件复杂，背景干扰较大。分光光度法要使用有机显色剂，环境污染严重，操作繁琐。荧光分析法作为一种高灵敏度和高选择性的方法，操作简单，用于痕量元素的测定日益受到重视。用荧光法检测铬，常用铬直接氧化[6，7]或催化氧化荧光染料[8，9]，使其荧光猝灭。近年来，利用化学多官能团分子或生物功能分子合成的各种荧光金纳米复合物，在传感检测、纳米标记、医学成像和光电子学等领域具有潜在的应用前景[10～13]。在重金属离子检测方面也有一些应用，如谷光甘肽纳米金检测铜[14]，牛血清白蛋白纳米金检测钴[15]，胞嘧啶核苷纳米金检测银和汞[16]，DNA纳米金检测汞[17]，柠檬酸钠纳米金检测铬[18]，海藻酸钙薄膜荧光探针检测铜[19]等。本研究采用一步法合成了海藻酸钠纳米金复合物（AuNPsSA） [20]，研究表明，鉻对其荧光有选择性猝灭效应。采用纳米金荧光猝灭技术定量分析检测纺织品中的铬，具有灵敏度高，操作简单，选择性好，重现性好等优点，较适合实际生产的日常检测。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

F2500荧光光度计（日本日立公司），UV8000s紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司），AUY120电子天平（日本Shimadzu公司），AKHLⅢ=3＼*ROMAN24超纯水机（台湾艾柯公司），KH250DB数控超声波清洗器（昆山禾创超声仪器有限公司），JEOLJEM2100F场发射透射电镜（日本JEOL公司），ZEN 3600 Zetasizer激光粒度仪（英国Malvern公司）。

2.2 实验方法

2.2.1 海藻酸钠纳米金复合物（AuNPsSA）的合成[20] 准确移取适量2.5%（w/w）海藻酸钠溶液置于10 mL烧杯中，再准确移取1.0 mL 1.0 mmol/L HAuCl4溶液加入到该烧杯中，加水至4.0 mL。将烧杯置于恒温磁力搅拌器中，调节温度至60℃，恒温搅拌40 min即可生成AuNPsSA，冷却至室温备用。

2.2.2 Cr的测定 准确移取500 μL AuNPsSA，与适量Cr溶液混合，加水至2 mL，室温下静置40 min。荧光强度的测定条件：激发波长λex=330 nm，光电倍增管（PMT）电压400 V，响应时间0.08 s。

2.2.3 纺织品中Cr的检测[4]

准确称量4.0 g布样，剪碎至5 mm×5 mm以下，置于250 mL锥形瓶中，加入80.0 mL酸性汗液， 经37℃恒温水浴振荡60 min后取出，静置冷却至室温，过滤，滤液备用。作为对比，同时用二苯碳酰二肼标准法测定样品中Cr的含量。

3 结果与讨论

3.1 AuNPsSA复合物的粒径分布

透射电镜（TEM）表征AuNPsSA（图1）结果表明，制备的AuNPsSA呈球形，粒径分布较均匀，透射电镜统计结果表明， AuNPsSA的平均粒径为22 nm。而用动态激光粒度仪测定的平均粒径为28 nm，表明海藻酸钠吸在纳米金的表面，厚度约6 nm。具有高效荧光特性的纳米金，除了与纳米金表面吸附的保护剂分子结构有关外，粒径需小于40 nm[21]。

3.2 AuNPsSA复合物的光谱性质

在紫外光的激发下，纳米金复合物具有荧光特性，Zhou等[22]发现，组氨酸、谷光甘肽和DNA等生物分子在超声波的辅助下合成金纳米颗粒，在365 nm的激发波长处，其在430～450 nm处出现强荧光。与之相似，本研究合成的AuNPsSA 最大激发波长λex=330 nm，最大发射波长为λem=415 nm。在AuNPsSA 中加入Cr后，其荧光猝灭，随着Cr浓度增大， 荧光猝灭程度增强（图2），而且AuNPsSA 的最大发射波长红移，这种现象表明，Cr与AuNPsSA发生了相互作用，主要原因是纳米金团聚，粒径增大。反应之后溶液的紫外可见吸光光谱的SPR峰也从530 nm（图3a） 红移至540 nm（图3c），也说明纳米颗粒的粒径变大[20]。

溶液的酸碱度对AuNPsSA 荧光强度有较大影响，从图4可见，随着溶液pH值增加，纳米金的荧光强度呈现先增加先减小的趋势。当溶液pH=7时，荧光强度达到最大。实验表明，溶液体系的pH值过高或过低，均会使AuNPsSA的荧光强度减弱，中性条件是AuNPsSA荧光强度最高的体系。

3.3 反应时间对荧光猝灭的影响

在室温条件下，AuNPsSA 表现出比较稳定的荧光特性。但加入Cr后，AuNPsSA 的荧光强度减小，且随着反应时间的延长而逐渐减小。最大发射波长也逐渐红移，这是纳米金粒径变大的结果（图5A）。当反应时间为40 min时，ΔF达到最大，反应时间继续延长，ΔF保持不变（图5B）。

3.7 纺织品中Cr的检测

采用本方法对纺织品实际样品中的Cr进行了测定，并参照GB/T 17593.32006《纺织品 重金属的测定 第3部分：六价铬 分光光度法》对涤纶和苎麻中Cr含量进行了对比检测。样品分别测试4次并取平均值。本方法测试结果（按浓度计算）如表2所示。涤纶中国标法按质量浓度计算为0.2646 mg/kg，而本方法为0.2663 mg/kg；而苎麻中国标法测定结果为1.37 mg/kg，本方法为1.42 mg/kg。用t值检验法检测本方法的准确度，置信度取95%，t（0.95，n=4）=3.182，均大于检测方法的计算值，说明本方法没有显著性差异。由表2可知，涤纶中的Cr含量符合OekoTex Standard（小于0.5 mg/kg）的标准，而苎麻中Cr含量远超过了其标准的要求，原因是苎麻化学处理工艺中常用铬钒作为脱胶的氧化剂。故本方法对纺织品中Cr的检测是可行的。

本研究通过一步法合成了具有荧光性能的AuNPsSA复合物，Cr可选择性地猝灭AuNPsSA荧光，据此建立了纺织品中Cr的定量检测方法。本方法的测定结果与国家标准方法相比，无显著性差异。本方法具有选择性好、检出限低等优点。

References

1 OEKOTEX Standard100： 2009， 8（1）： 1-24

2 GB/T 17593.22007. TextilesDetermination of Heavy MetalsPart 2： Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrophotometry. National Standards of the People′s Republic of China

纺织品重金属的测定 第2部分： 電感耦合等离子体原子发射光谱法. 中华人民共和国国家标准. GB/T 17593.22007

3 GB/T 17593.12006. TextilesDetermination of Heavy metalsPart 1： Atomic Adsorption Spectrophotometry. National Standards of the People′s Republic of China

纺织品重金属的测定 第1部分： 原子吸收分光光度法. 中华人民共和国国家标准. GB/T 17593.12006

4 GB/T 17593.32006. TextilesDetermination of heavy metalsPart 3： ChromiumSpectrophotometry. National Standards of the People′s Republic of China

纺织品重金属的测定 第3部分： 六价铬分光光度法. 中华人民共和国国家标准. GB/T 17593.3-2006

5 CHEN Dong， WANG XiaoWei， ZHAO Rong， SHAO Bing， WANG Zheng， WU GuoHua， XUE Ying. Chinese J. Anal.Chem.， 2015， 43（12）： 1901-1905

陈 东， 王晓伟， 赵 榕， 邵 兵， 王 正， 吴国华， 薛 颖. 分析化学， 2015， 43（12）： 1901-1905

6 FENG SuLing，TANG AnNa， FAN Jing. Chinese J. Anal. Chem.， 2001， 29（5）： 558-560

冯素玲， 唐安娜， 樊 静. 分析化学， 2001， 29（5）： 558-560

7 DING Jing， CHEN Xin， SUN ShuTing，WEI Qin. Metallurgical Anal.， 2009， 29（10）： 52-54

丁 静， 陈 欣， 孙舒婷， 魏 琴. 冶金分析， 2009， 29（10）： 52-54

8 FENG SuLing， WANG RuiYong， FAN Jing. Chinese. J. Anal. Chem.， 2000， 28（1）： 61-63

冯素玲， 王瑞勇， 樊 静. 分析化学， 2000， 28（1）： 61-63

9 CHEN LanHua， WANG DeSheng. Chinese J. Anal. Chem.， 1997， 25（1）： 120-121

陈兰化， 王德生. 分析化学， 1997， 25（1）： 120-121

10 ZHENG ShouGuo， LI Miao， ZENG XinHua， JIANG HaiYang， WAN Li， QIAO Lei. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2013， 33（8）： 2299-2302

郑守国， 李 淼， 曾新华， 江海洋， 万 莉， 乔 雷. 光谱学与光谱分析， 2013， 33（8）： 2299-2302

11 YAN Fei， LIU XiangYang， ZHAO DongJiao， BAO WeiXing， DONG XiaoPing， XI FengNa. Progress In Chem.， 2013， 5（25）： 799-809

晏 菲， 劉向洋， 赵冬娇， 包炜幸， 董晓平， 奚凤娜. 化学进展， 2013， 5（25）： 799-809

12 Chen L Y， Wang C W， Yuan Z Q， Chang H T. Anal. Chem.， 2015， 10（4）： 1-15

13 Yang X， Yang M X， Pang B， Vara M， Xia Y N. Chem. Revs.， 2015， 115（19）： 10410-10488

14 ZHANG HaoQi， LIANG GuoXi， WU XiangYang， PAN HongCheng. Journal of Analytical Science， 2012， 5（28）： 608-612

张浩琪， 梁国熙， 吴向阳， 潘宏程. 分析科学学报， 2012， 5（28）： 608-612

15 YIN PingPing， YIN Qi， WANG JiaBo， LI MeiLi， SUN GuoYing. J. Mol. Sci.， 2015， 3（31）： 222-229

尹萍萍， 殷 琦， 王嘉博， 李美丽， 孙国英. 分子科学学报， 2015， 3（31）： 222-229

16 Zhang Y Y， Jiang H， Wang X M. Anal. Chim. Acta， 2015， 870： 1-7

17 Wang G， Lu Y F， Yang C L， Lu Y. Sensor Actuat. BChem.， 2015， 211： 1-6

18 Elavarasi M，Sruthi A A， Chandrasekaran N， Mukherjee A. Anal. Methods， 2014， 6： 9554-9560

19 ZHAO Qing， CHANG Qing， YANG Jinlong， LIU Jun， HU ShengLiang. Chinese Journal of Luminescence， 2014， 35（3）： 387-392

赵 清， 常 青， 杨金龙， 刘 俊， 胡胜亮. 发光学报， 2014， 35（3）： 387-392

20 Li Y， Li G， Li W， Yang F， Liu H H. Nano.， 2015， 10（8）： DOI. 15501080

21 SwierczewskaM， Lee S， Chen X Y. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2011， 13， 9929-9941

22 Zhou R J，Shi M M， Chen X Q， Wang M， Chen H Z. Chem. Eur. J.， 2009， 15： 4944-4951

Abstract Chromium is one of the forbidden heavy metals in the ecological textiles. It is vitally important to develop methods for the sensitive and selective detection of Cr in textile samples. In this work， gold nanoparticlessodium alginate clusters （AuNPsSA） was prepared with sodium alginate in onestep synthesis route and its fluorescent property was investigated. The strongest fluorescence intensity of AuNPsSA clusters located at the max emission wavelength λem=415 nm under the excitation wavelength of λex=360 nm. A fluorimetric method was developed based on the fluorescent AuNPsSA nanocomposites selectively quenched in the presence of Cr. The possible quenching mechanism was discussed on the basis of the interaction of positive AuNPsSA with negative Cr . Under the optimized experimental conditions， The ratiometric fluorescence was linearly proportional to the concentration of Cr ranging from 1.0×10 mol/L based on the regression calculations. This method was used for the determination of chromium in textile samples， and the obtained result had no significant difference compare to the results based on the National Standard of the People′s Republic of China （GB/T 17593.32006） .

Keywords Sodium alginate； Gold nanoparticles； Fluorescence quenching； Chromium