熱點應用丨紫外-可見光譜法表征金納米顆粒的光學性質（上）

簡介

金納米顆粒（AuNPs）的使用可以追溯至科學革命之前，已知最 早的使用是在萊克格斯杯的彩色玻璃上（公元4世紀保存下來的）。它們也經常用于彩色玻璃窗，如圖1。當光線透過玻璃時，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研究中應用非常廣泛，與大塊金屬相比，它們擁有更多的、可調整的物理、光學和化學性質。金納米顆粒尤其如此，它具有易于調整的光學性質，光學性質與物理狀態、化學環境有關。金納米顆?？梢跃_地設計用于各種不同的應用。

圖1 金納米顆粒使彩色玻璃窗和藝術品呈現紅色

現在，金納米顆粒膠體在比色和光學檢測應用廣泛，因為它們可以有效地吸收和散射光，并且可以根據它們的物理和化學特性進行調整，在不同的波長范圍展現光學活性。具體地說，可以通過金的納米顆粒有效地研究局域表面等離子體共振效應（LSPR）。在入射光激發下， 金納米顆粒表面上的傳導電子以特定頻率進行位移和相干振動，引起的LSPR效應。LSPR對于光學傳感的研究是一個非常有用的參數，它的頻率很大程度上取決于幾個因素，如NP大小、NP形態、粒子間距離和周圍電介質的折射率。調整這些因素，可以檢測外部變量變化帶來的影響。金納米顆粒的光學特性，傳統上是用紫外-可見分光光度計來檢測的。紫外-可見光譜可以表征樣品在較寬的波長范圍內對光信號的響應，是一種較好的檢測技術；并且LSPR效應在金納米顆粒的吸收光譜上作為一個特征峰出現。本篇應用中，使用紫外-可見光譜研究AuNPs的光學性質。首先，研究了球形膠體AuNPs的LSPR效應隨粒徑的變化規律。然后，在誘導聚集實驗中，通過跟蹤LSPR特征峰來表明AuNPs的化學傳感潛力。

設備與方法

愛丁堡DS5實時雙光束紫外-可見分光光度計；

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。進行吸收測量時，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的波長范圍內進行分析，掃描速度為800nm/min，讀取間隔為1nm。

結果與討論

為了研究粒徑與LSPR之間的關系，我們利用紫外-可見分光光度計對粒徑在10~80nm之間的各種球形AuNP樣品進行了表征，如圖2所示。溶液中穩定的金納米球形顆粒在紫外-可見光譜中很容易識別，它們具有明顯的吸收峰，λmax通常位于500nm~600nm之間。數據表明，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波長發生紅移。LSPR波長變長是由于電子在更大的面積上振動，頻率更低。隨著顆粒尺寸的增大，LSPR紅移現象可用于設計生物光學納米傳感器，此類應用需要近紅外（NIR）激發光源。隨著顆粒尺寸的增大，顏色也會發生變化，這可以用相應的吸收光譜來解釋。較小的納米球形顆粒強烈吸收可見光譜的綠色部分，產生豐富的紅寶石色，是比色分析的理想選擇，如橫向流動測試裝置。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，膠體溶液呈現紫色 色調。

圖2 球形AuNPs粒徑的增大對LSPR的影響

通過UV-Vis光譜觀測LSPR，也可用于跟蹤膠體AuNPs穩定性的變化，穩定性的喪失會導致單個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聚集，用于比色法和LSPR分析，設計用于近紅外生物納米傳感器；如果不加以控制，也會造成NPs的不可逆溶解。

（未完待續）

DS5實時雙光束紫外-可見分光光度計

愛丁堡儀器DS5實時雙光束紫外-可見分光光度計作為愛丁堡分子光譜家族中的一員，是一款現代化、智能化、人機交互的高精度分光光度計，是擁有多種帶寬（0.5、1.0、1.5、2.0、4.0nm）、先進的C-T型單色器的實時雙光束分光光度計，能夠滿足不同光譜分辨率的測試需求；具有超高掃描速度（高達6,000nm/min），輕松實現大量樣品的快速檢測，同時擁有功能強大、專業版軟件操作系統Visacle，一鍵解鎖繁復測試。

廣泛應用于物理學、化學、生物學、醫學、材料學、環境科學等科學研究領域，以及化工、醫藥、環境檢測等。