[发明专利]基于局域表面等离子体性质检测多种金属离子方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种基于局域表面等离子体性质连续检测多种金属离子（铁、银、铜、汞），即通过纳米棒的局域表面等离子体共振性质的改变来检测四种痕量金属离子的浓度及其应用。

背景技术

金纳米棒由于具有大的比表面积、高表面能、高的表面活性而展现出小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等特性，目前发现金纳米棒还具有荧光特性、超分子与分子识别特性。正是因为金纳米粒子的特殊性质，使其在在电学、光学、生物纳米材料杂化、生物化学传感和成像、药物传送以及纳米材料组装等方面有着潜在的应用价值，成为近年来纳米材料领域里的研究热点。

金纳米棒是直径大约为10-20nm、长度为40-200nm的固体金圆柱体，金纳米棒的局域表面等离子光谱显示：沿横向宽度方向激发所引起的横向等离子体波长(TPW）基本不随纳米棒尺寸大小的变化而改变，即不同纵横比金纳米棒的TPW在520nm左右，而纳米棒纵向长度方向激发引起的纵向等离子体波长（LPW）却非常敏感地随着纳米棒纵横比的变化而变化。

因为它的两端具有强的增强电场,故在长轴方向与短轴方向显示不同的等离子谱带，对周围介质十分敏感，因而很有希望成为纳米光子学和检测(传感)领域中得到重要应用的一种纳米材料。

发明内容

本发明的目的之一旨在建立一种新的检测溶液中多种痕量金属离子浓度的方法，通过金纳米棒局域表面等离子体共振性质的变化连续检测铁、银、铜、汞四种金属离子，且检测过程简单方便，易于操作，在环境监测、化学传感等方面有着非常广泛的应用前景。

本发明方法包括如下顺序的步骤：

（1）将待测溶液加入到金纳米棒溶液中，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，当待测溶液中含有铁离子时，金纳米棒局域表面纵向等离子体波逐渐蓝移，根据纵向等离子体波的变化程度可定量地测定溶液中铁离子的含量；

（2）当溶液中的铁离子反应完毕后蓝移停止，再加入硫代硫酸钠溶液，如待测溶液中含有金属银离子，金纳米棒的纵向等离子波逐渐红移一直到溶液中的银离子反应完毕，根据纵向等离子体波长的变化情况可定量地测定溶液中银离子的浓度；

（3）当待测溶液中还含有铜离子时，银离子反应完毕后，由于铜离子的作用使金纳米棒的纵向等离子体波长又蓝移，波长的蓝移程度与溶液中铜离子的含量成正比，即可定量地测定溶液中铜离子的含量；

（4）当金纳米棒的纵向等离子体波长不再发生变化时，再往溶液中加入硼氢化钠溶液，如果待测溶液中还含有汞离子，在有铜离子存在的情况下，金纳米棒的纵向等离子波长再次红移；在没有铜离子存在的情况下，纵向等离子体波逐渐蓝移；纵向等离子体波长的变化程度与溶液中可溶性汞的含量成正比，即可定量地检测可溶性汞的含量。

本发明检测铁、银、铜、汞离子的最低浓度分别为10^-6mol/L、10^-9mol/L、10^-10mol/L、10^-8mol/L。

本发明的目的之二在于提供一种上述基于局域表面等离子体性质检测多种金属离子方法的应用，该方法可用于对金纳米棒纵向等离子波长的可逆调控。

本发明通过选择性可逆调控金纳米棒的纵向等离子体性质，监测其表面等离子体共振波长的变化，使其纵向等离子体波长蓝移、红移、再蓝移、再红移，从而测定溶液中铁、银、铜、汞四种痕量金属离子,同时该方法亦可选择性测定其中任一种、两种或三种金属离子，并且该方法具有较高的灵敏度和很好的选择性，存在于待测溶液中的其它金属离子对待测的四种金属离子没有干扰。

本发明方法不仅能对上述铁、银、铜、汞四种金属离子进行定性定量检测，也可以有选择性地检测其中任一、二、三种金属离子的浓度，还能对金纳米棒纵向等离子体性质进行选择性可逆调控。本发明方法操作简单、重现性好，易于普及推广，在医疗、生物传感等方面有着非常诱人的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例一中金纳米棒检测铁离子时，其局域表面等离子体共振光谱变化图，图中曲线a、b、c、d、e、f分别代表铁离子的浓度为0、5×10^-6、1.5×10^-5、3×10^-4、5×10^-3、1×10^-2mol/L时的曲线。