鲁米诺及银纳米功能化二氧化硅纳米粒子的制备与性能研究

邱淑银，李桂新

(新疆师范大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐市 830054)

1 引言

鲁米诺作为常用的化学发光和电化学发光试剂，是研究最早、最多、应用最广泛的化学发光试剂之一，以鲁米诺及其衍生物为发光试剂的电化学发光传感器在生物分子的检测中表现出巨大的优越性[1-3]。

银纳米相比于金纳米及波纳米颗粒具有更好催化活性，快速产生超氧阴离子自由基及羟基自由基从而提高增强鲁米诺与过氧化氢化学发光体系化学发光[4]。基于二氧化硅的优良性质，将其作为纳米载体包裹不同发光试剂，可制备合成多种发光功能化的二氧化硅纳米材料[5-8]。因此我们采用包裹鲁米诺发光试剂的二氧化硅纳米粒子，同时将能够增强鲁米诺化学发光强度的银纳米共同包裹于二氧化硅纳米粒子内部，以获得具有高化学发光强度的发光功能化二氧化硅纳米粒子，即 Luminol/Ag/SiO2。我们通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、红外光谱(FT-IR)等仪器分析手段，表征 Luminol/Ag/SiO2复合纳米材料的化学成分组成。通过透射电镜对Luminol/Ag/SiO2复合纳米材料的形貌进行表征。通过化学发光仪检测其化学发光，通过电化学工作站研究其电化学发光性能。

2 实验部分

2.1 实验试剂

鲁米诺(luminol)(美国 Sigma 公司)，壳聚糖(上海试剂公司)，柠檬酸三钠(天津市盛奥化学试剂有限公司)，硝酸银(上海精细化工材料研究所)，实验用水为超纯水。

2.2 过Stöber法制备Luminol/Ag/SiO2纳米材料

2.2.1 银纳米制备

采用柠檬酸三钠还原硝酸银制备银纳米[9]。将新鲜制备的100mL的含22.5 mg硝酸银的硝酸银溶液与2.5mL 38.8 mmol/L柠檬酸钠溶液一起共热煮沸，持续加热至100℃，并伴有剧烈磁力搅拌，反应15 min后，使其白然冷却至室温即可得到灰黑色的含纳米银颗粒的溶胶，4℃冷藏，保存备用。

2.2.2 Luminol/Ag/SiO2制备

制备的20mL银溶胶，5mL鲁米诺溶液 加入到100mL无水乙醇中，磁力搅拌混匀，将10 μL乙醇稀释后的TEOS加入到混合溶液中，调节至pH值=10.0左右，逐滴加入10 μL TEOS，用10000 r/min 的转速的离心15 min，沉淀物用无水乙醇各洗涤3次，即得Luminol/Ag/SiO2核壳颗粒 ，置于容量瓶超纯水定容至50 mL，置于4℃冷藏，保存。如图1Stöber法合Luminol@Ag@SiO2示意图。

图1 Stöber法合成Luminol@Ag@SiO2示意图

2.3 Luminol/Ag/SiO2的化学发光特性研究

将Luminol/Ag/SiO2纳米材料超纯水超声分散，移液枪移入40 μL到小烧杯中，再由静态注射器注入0.5 mL含有过氧化氢 (100 mM.pH值=13.0) 的NaOH溶液。开始运行，基线平稳后，注射过氧化氢后立即开始采集信号化学发光强度化学发光检测仪检测，并记录其化学发光动力学曲线，以其发光峰值作为比较化学发光强度的依据。

2.4 Luminol/Ag/SiO2的电化学发光特性研究

电极的预处理：实验中把准备好的 ITO导电玻璃依次放入丙酮、无水乙醇和超纯水中分别超声15min清洗后得到清洁的ITO基底。将20 μL功能化的 Luminol/Ag/SiO2复合材料和适量的0.5%壳聚糖混合液滴涂在ITO电极表面。切每次滴涂位置相同。自然晾干。用超纯水多次清洗电极表面，以除去物理吸附的壳聚糖。在实验中，我们以ITO导电玻璃为工作电极，在电化学池工作腔中加入pH值=10.0的0.01 mol/L碳酸盐缓冲液用循环伏安法在工作电极上施加从0V到1.5V的电位，以研究电致化学发光特性。

3 结果与讨论

3.1 纳米材料的表征

3.1．1 Luminol/Ag/SiO2的形貌分析

实验用柠檬酸钠同时作为还原剂和稳定剂，共煮沸方法制银纳米粒子粒径平均为30至50 nm左右，如图2b所示。采用改进的Stöber法制备得到的 Luminol/Ag/SiO2纳米粒子，由于Ag和SiO2的透光度和厚度不同，通过透射电镜可以很明显地看到纳米颗粒呈现颜色差异，外层灰白色的壳状物为二氧化硅壳层，内层颜色较深的核状物即为银核，核壳结构完整并且紧密，壳层包覆均匀。实验用柠檬酸钠同时作为还原剂和稳定剂，共煮沸方法制银纳米粒子粒径平均为100nm左右。壳层为30nm左右。

图2 材料透射电镜图 (a, Luminol/Ag/SiO2 b,Ag)

3.1．2 Luminol/Ag/SiO2紫外可见吸收光谱

由图3看到，银纳米粒子的UV-Vi吸收光谱曲线a可知，银纳米的吸收峰在425 nm。Luminol/Ag/SiO2纳米材料，在300～600 nm范围内只有一个吸收峰，如曲线b所示，这说明银胶粒子被SiO2包覆后由于二氧化硅包裹层，使得颗粒的短波散射增强，因此产生红移。

图3 紫外-可见吸收光谱 (a, Luminol/Ag/SiO2 b,Ag)

3.1．3 Luminol/Ag/SiO2红外光谱

由红外光谱图4可知，3434cm-1左右是二氧化硅中典型Si-O-H的反对称伸缩振动和对称伸缩振动，1100cm-1左右为Si-O-Si 的反对称伸缩振动特征峰。803cm-1左右475cm-1为SiO2特征吸收峰。

图4 Luminol/Ag/SiO2红外光谱

3.1．4 Luminol/Ag/SiO2的化学发光性能研究

将Luminol/Ag/SiO2及Luminol/SiO2纳米材料超纯水超声分散，分别移取40 μL到10mL小烧杯中，再由静态注射器注入0.5mL含有过氧化氢(100 mM.pH值=13.0)的NaOH溶液。开始运行，基线平稳后，静态注射端注射过氧化氢的NaOH溶液后立即开始采集信号，发光动力学曲线如图5，结果表明 Luminol/Ag/SiO2较 Luminol/SiO2纳米材料具有更优越化学发光特性，同时证明鲁米诺分子成功负载于复合纳米材料上。

a. Luminol/Ag/SiO2;b. Luminol/SiO2图5 化学发光动力学去曲线

3.1．5 Luminol/Ag/SiO2电化学发光性能研究

因鲁米诺发光试剂具有优越的化学发光特性，故该复合纳米材料可能具备优良ECL特性。因此又研究其ECL性质。将壳聚糖分别和Luminol/Ag/SiO2及Luminol/SiO2纳米材料混合后，将混合液滴涂在修饰到ITO电极表面。以碳酸盐缓冲液为电解液，用循环伏安法研究了Luminol/Ag/SiO2及 Luminol/SiO2的ECL特性。由图6A可得，ECL强度的最大值在0.92V左右，基于此，我们进一步研究了修饰电极在多电位阶跃下的电化学发光信号，在工作溶液中的电化学发光强度如图6B。具体条件为：初始电位0V，脉冲电位是0.9V，脉冲时间是15s，电解液为pH值=10.0 CBS缓冲溶液，光电倍增管的负高压为600V,发光纳米材料取量为20 μL。这与鲁米诺分子在此处的发生电氧化有关，结果表明鲁米诺成功负载于二氧化硅表面并保持了优良化学性质。

(a:Luminol/Ag/SiO2；b:Luminol/SiO2)图6 (A)材料的ECL曲线；(B)多电位阶跃下的电化学发光图

4 结论

本文采用Stöber法成功制备 Luminol/Ag/SiO2复合发光功能化纳米材料，研究Luminol/Ag/SiO2化学发光和电化学发光性能，实验结果表明Luminol/Ag/SiO2具有优越化学发光及电化学发光性能。在生物分析领域具有巨大的潜力。

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