脱氧胆酸修饰的银纳米粒子比色法检测H2PO4–

展军颜，崔建国，黄燕敏，甘春芳，刘志平



脱氧胆酸修饰的银纳米粒子比色法检测H2PO4–

展军颜，崔建国，黄燕敏，甘春芳，刘志平

（广西师范学院化学与材料科学学院，广西南宁 530001）

阴离子在生命科学和环境科学等领域发挥重要的作用，建立快速、高效的阴离子检测方法越来越被关注。本文基于脱氧胆酸修饰的银纳米探针建立一种简便快速检测H2PO4–的比色方法。采用硼氢化钠还原法合成脱氧胆酸修饰的银纳米粒，将该银纳米粒用于对阴离子的比色检测。结果表明，通过银纳米粒表面的配体脱氧胆酸与H2PO4–之间较强的氢键作用，H2PO4–诱导银纳米粒颜色的改变，HPO42–等其他阴离子并未发生明显变化，从而实现对H2PO4–高选择性的比色识别。该脱氧胆酸修饰的银纳米粒探针检测H2PO4–的线性范围为6×10–7～6×10–6mol/L，比色检测限为7×10–7mol/L，可以在水溶液中实现对H2PO4–的检测。

纳米粒子；脱氧胆酸比色检测；银；选择性

阴离子在生物学、药学和环境科学等研究领域中起着重要作用，因而，阴离子识别的研究越来越引起人们的广泛关注[1-2]。在众多阴离子中，磷酸根阴离子在工业、农业、食品等领域发挥着重要的作用。例如，磷酸二氢钠可用作酸度缓冲剂、洗涤剂等，在食品和饮料中还可以作为乳化剂、营养剂等。磷酸二氢钾主要被用于医药、食品工业等；在农业上被用作高效复合肥。而这些阴离子的大量存在又会对环境造成污染，对食品安全造成危害[3-4]。例如，磷酸盐肥料的过度使用会引起水质的富氧化污染，因此对磷酸根离子的识别尤为重要。

目前，对磷酸二氢根离子的检测方法主要有超高效液相色谱、离子色谱法、分光光度法、荧光光谱法、电化学等方法，这些技术大都需要昂贵的仪器，还需对样品进行繁琐的处理，耗时、耗力，难以达到即时识别监控的目的。银纳米粒子的小尺寸效应导致了它具有独特的光学性质——表面等离子体共振，因而可设计成比色传感器[5-7]。要设计此类比色探针，纳米表面的功能化修饰起到至关重要的作用[8-10]。胆甾酸作为甾体化合物中的一类，分子中具有羧基和羟基等基团，即具有几乎处于同一平面的甾体骨架，又具有面式双亲性和微凹的空间构象，决定了胆甾酸类化合物结构的多样性和特异的识别功能[11-14]。近年来，胆甾酸修饰的金银纳米粒探针引起了人们的广泛关注。MAITRA[15]和SIEVANEN[16]等合成胆酸巯基衍生物修饰的金纳米粒，对其识别性能并未做深入研究。PANDEY等[17-18]利用三氮唑胆酸聚合物修饰的银纳米粒对I–进行比色检测。近期，他们又利用三氮唑胆酸化合物修饰的银纳米粒作为Hg2+和I–的比色探针。上述金银纳米粒的合成及检测都是在有机溶剂中进行的，而设计一种在水溶液中可以可视化检测磷酸盐阴离子的银纳米粒比色探针，仍然是一项具有挑战性的 工作。

本文利用化学还原法制备脱氧胆酸修饰的银纳米粒，可以简单、快速、高灵敏且高选择性地比色检测H2PO4–阴离子。随着H2PO4–浓度的增大，银纳米粒子溶液的颜色由浅黄色逐渐变为深褐色，在557nm处出现新的吸收峰且吸光度逐渐增大。该方法检测H2PO4–的线性范围为6×10–7～6×10–6mol/L，比色检测限为7×10–7mol/L。

1 实验部分

1.1 主要原料及设备

硝酸银（AgNO3）：AR，Sigma公司。硼氢化钠（NaBH4）：纯度98%，国药集团化学试剂有限公司。脱氧胆酸：AR，国药集团化学试剂有限公司。去离子水：Milli-Q Integral 5 超纯水机。

电子透射显微镜TEM：EM-1200EX，120kV。红外光谱仪：IS10型，美国Thermo Scientisic公司。紫外-可见分光光度计：Cary100型，美国Agilent Technologies公司。

1.2 脱氧胆酸修饰的银纳米粒（HDC-Ag NPs）的制备

室温下，在90mL去离子水中加入1mL硝酸银（10–2mol/L），搅拌5min，然后快速加入12mg硼氢化钠，溶液立刻变成黄色，继续搅拌2min，加入10mL脱氧胆酸（10–3mol/L，乙醇和水，体积比1∶1），搅拌2h，合成脱氧胆酸修饰的银纳米粒子。反应都在避光的条件下进行[19]。

1.3 脱氧胆酸修饰的银纳米粒（HDC-Ag NPs）对阴离子的检测

向3mL新制的银纳米粒中分别加入0.03mL 2×10–4mol/L阴离子溶液，以去离子水为空白对照，混合均匀，静置20min后观察各组混合溶液的颜色变化，并用紫外-可见光谱仪对底物进行检测。

1.4 脱氧胆酸修饰的银纳米粒（HDC-Ag NPs）的表征

（1）样品1的制备 在上述100mL HDC-Ag NPs加入0.6mL 1mmol/L的NaH2PO4溶液。

（2）红外表征 将上述100mL HDC-Ag NPs旋干水分，得到的粉末用KBr压片进行红外光谱测定。

将样品1旋干水分后得到的粉末用KBr压片进行红外光谱测定。

（3）电子透射显微镜（TEM）表征 将少许脱氧胆酸修饰的银纳米粒子滴到铜网上，表面进行喷金处理后测试。

将样品1滴到铜网上，表面进行喷金处理后测试。

2 结果与讨论

2.1 HDC-Ag NPs的表征

脱氧胆酸修饰的银纳米粒具有良好的稳定性，在保存30天后紫外吸收峰的强度和位置基本不变；并且在pH 3～11范围内具有很好的稳定性。图1为脱氧胆酸和HDC-Ag NPs的红外光谱。从图1中可以看出，脱氧胆酸修饰到银纳米粒子表面后，其羰基的特征吸收峰波数从1698cm–1和1716cm–1分别移动到1656cm–1和1566cm–1，这表明脱氧胆酸通过—COOH和银原子配位成功修饰到银纳米粒表面。

图2(a)为HDC-Ag NPs的透射电子显微镜（TEM）照片，脱氧胆酸修饰的银纳米粒在水溶液中分散性好，粒径较均一，尺寸分布在（6 ±1）nm范围内。NaH2PO4的加入使纳米银发生明显的聚集[图2(b)]。

（中间插入的是加入H2PO4-后HDC-Ag NPs的颜色变化对照图）

2.2 HDC-Ag NPs对H2PO4–的选择性

在3mL Ag NPs 的溶液中加入0.03mL 2×10-4 mol/L阴离子NaF、NaCl、NaBr、Na2HPO4、NaH2PO4、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaHSO4，如图3所示，NaH2PO4的加入银纳米粒溶液由黄色变为褐色，HPO42–等其他阴离子的加入并没有引起明显的颜色变化。紫外可见光谱图[图3(b)]可见，加入NaH2PO4后，银纳米粒在406nm处的紫外吸收峰值降低，557nm处出现新的吸收峰，HPO42–等其他阴离子在557nm处变化不大。加入H2PO4–后银纳米粒的电子透射显微镜照片如图2(a)所示，H2PO4–诱导HDC-Ag NPs发生明显的团聚，这种团聚引起银纳米粒的颜色变化和557nm处新吸收峰的出现。此外，加入HPO42–后HDC-Ag NPs的电子透射显微镜照片表明，HPO42–并没有诱导HDC-Ag NPs发生明显的团聚。可见HDC-Ag NPs对H2PO4–具有较好的选择性，可以实现比色检测。

2.3 识别机制

根据文献报道，胆甾酸分子具有微凹的穴状结构，开环二聚胆甾类受体可以形成V型的空腔，通过与空腔内的极性基团—OH形成氢键作用将客体包结在空腔内[20-21]。因而，HDC-Ag NPs对底物中H2PO4–可能的识别机制见图4，纳米表面的脱氧胆酸分子形成钳形空腔，H2PO4–与此空腔结构最匹配，通过空腔内的羟基与H2PO4–形成氢键，诱导银纳米粒出现交联聚集，发生颜色改变，实现高选择性的比色检测。

2.4 HDC-Ag NPs对H2PO4–浓度的线性检测

向3mL银纳米粒中分别加入6×10–5～6×10–4mol/L的H2PO4–水溶液，混合均匀静置20min后分别测定紫外-可见吸收光谱。如图5所示，随着H2PO4–浓度的增大，在406nm处的紫外吸收峰值降低，557nm处出现新的吸收峰，其峰值逐渐升高，同时颜色由亮黄色变到深褐色。表明随着H2PO4–浓度的增加，银纳米粒团聚的程度也相应增强。用557nm与406nm处吸光度的比值对相应浓度的常用对数值lg作图，发现（557/406）值和lg之间都具有较好的线性关系，它们之间的线性方程是= 4.7981 +（0.7637 × lg），线性相关性达到0.9932。HDC-Ag NPs对H2PO4–检测的线性范围是6×10–7～6×10–6mol/L，比色检测限为7×10–7mol/L。考虑到HPO42–与H2PO42–结构的相似性，研究（H2PO4–最终浓度分别为6×10–7mol/L，8×10–7mol/L，9×10–7mol/L，1×10–6mol/L，2×10–6mol/L，3×10–6mol/L，4×10–6mol/L，5×10-6mol/L，6×10–6mol/L）

不同浓度的HPO42–对HDC-Ag NPs的紫外吸收峰和颜色的影响，发现4×10–7～1×10–5mol/L的HPO42–对HDC-Ag NPs的紫外吸收峰没有明显影响（图6），其颜色也未变化，这也进一步说明HDC-Ag NPs可以高选择性地识别H2PO4–。

2.5 干扰阴离子存在下HDC-Ag NPs对H2PO4–检测的影响

考察了如下阴离子NaF、NaCl、NaBr；Na2HPO4、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO4、NaHSO4对H2PO4–检测的影响，取3mL HDC-Ag NPs，干扰阴离子的浓度为5×10–6mol/L，H2PO4–的浓度为1×10–6mol/L。结果如图7所示，在干扰离子存在下，H2PO4–的加入仍然可以诱导银纳米粒颜色和紫外吸收峰的变化，因而HDC-Ag NPs对H2PO4–的比色传感器具有较好的抗干扰能力。

同时考察了其他干扰阴离子共存下的H2PO4–加标回收率实验，结果列于表1。在加标范围内，进行3次平行实验，未加干扰离子时，其回收率在92.21%。在5倍干扰离子共存下，其回收率在81.00%～86.88%，相对标准偏差在0.93%～5.50%。结果表明，该体系可用于干扰阴离子存在下对H2PO4–的检测。

表1 在干扰阴离子存在下，H2PO4–的加标回收率实验（n=3）

3 结论

采用硼氢化钠还原法，合成在水溶液中单分散性好、粒径均一的脱氧胆酸修饰的银纳米粒。该银纳米粒可以实现H2PO4–与HPO42–等其他阴离子的比色区分。该方法操作简单、选择性好、灵敏度高，可以实现对H2PO4–的快速检测。

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Colorimetric detection of dihydrogen phosphate based on deoxycholic acid modified silver nanoparticles

ZHAN Junyan，CUI Jianguo，HUANG Yanmin，GAN Chunfang，LIU Zhiping

（School of Chemistry and Materials Science，Guangxi Teachers Education University，Nanning 530001，Guangxi，China）

It is of extensive interest in developing a simple，selective，sensitive and rapid approach for anions sensing，as anions play a significant role in biological systems and environment. A simple and sensitive detection method based on the deoxycholic acid modified silver nanoparticles has been developed for the determination of H2PO4–in aqueous solution. The deoxycholic acid modified silver nanoparticles were synthesized by reduction method with sodium borohydride. The research indicates that those Ag NPs allowH2PO4–to be visually detected with high selectivitybecause of the hydrogen bonding interaction between H2PO4–and the ligand. Moreover，the assay method showed a linear response range of 6×10–7—6×10–6mol/L for H2PO4–with colorimetric detection limit being 7×10–7mol/L，which allows the method to be applied for the colorimetric detection of H2PO4–.

nanoparticles；deoxycholic acid；colorimetric detection；silver；selectivity

O648

A

1000–6613（2017）01–0289–05

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.01.036

2016-04-06；修改稿日期：2016-08-12。

广西自然科学基金青年基金（2013GXNSFBA019027）、广西高校科学技术研究项目一般项目（2013YB150）及有机化学广西高校重点学科资助项目。

展军颜（1982—），女，副教授，主要从事功能界面材料研究。E-mail：zhanjunyan@126.com。