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摘要：本文开发了一种新型简单的聚乙烯亚胺修饰的金纳米粒子（PEI/Au NPs）显色传感器用于灵敏高效的检测Cu2+。在未加入金种子和其它稳定剂的条件下以聚乙烯亚胺（PEI）作诱导剂合成PEI/Au NPs。Cu2+可与PEI/Au NPs上的氨基结合附着于PEI/Au NPs表面形成强吸收复合物，引起PEI/Au NPs由红色变为紫色。在选择性条件下，这种显色传感器可以在25～300 μM范围内灵敏高效地检测Cu2+，最低检测限为0.29 μM。由于Cu2+和PEI独特的配位作用，该检测方法可以在金属离子浓度较高的体系中快速灵敏地检测Cu2+，因此可以满足实际样品的检测需求。34346
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毕业论文关键词：PEI/Au NPs、Cu2+检测、比色法
Synthesis of gold nanoparticles and application in the detection of Cu2+
Abstract: A new simple colorimetric sensor for sensitive and selective detection of Cu2+ using polyethyleneimine-capped Au nanoparticles (PEI/Au NPs) has been developed. PEI/Au NPs were synthesized by using polyethyleneimine (PEI) as reducer without adding nanopartiles seeds and stabilizing agent. Cu2+ could be captured by the amino groups fo the PEI/Au NPs to form an absorbent complex at the surface of PEI/Au NPs, resulting a consequent color change of PEI/Au NPs from wine red to purple. Under the optium conditions, this colorimetric sensor can sensitively and specifically detect Cu2+ with a low detection limit of 0.29 μM and a linear range of 25～300 μM. This method is simple, fast and highly selective for Cu2+ in the presence of high concentrations of other enviromentally relevant metal ions because of the great specific coordination between Cu2+ and PEI, which potentially meets the requirement of the detection in real samples.
Keywords: Gold nanoparticles; detection of Cu2+; Colorimetric method
1、前言
随着工业快速发展，重金属污染日益突出，Cu2+作为最常见的有毒重金属之一，因其对动植物及环境的严重危害性引起了人们的广泛关注。Cu2+是人体必需微量元素之一，多种蛋白质与酶都包含Cu2+，Cu2+与细胞繁殖、多种酶活动、内分泌功能以及造血功能密切相关，但如果体内长期含有过量的Cu2+无法降解，则会对人体产生危害[1,2]。Cu2+污染也威胁着水生物的安全，据报道，水中含铜量达到0.002 mg/L就会对鱼类产生毒性[3]。Cu2+引起的水污染不仅破坏环境，更会严重危害人类及其他动植物的健康，因此开发优良的Cu2+探针具有重要意义。
迄今为止，人们已提出了多种Cu2+检测方法。水体中Cu2+常用的检测方法有原子吸收法、荧光法淬灭法、极谱仪法、电化学发光分析法等[4]，尽管如此，这些方法仍存在着局限性。传统的仪器检测如AAS和ICP-AES无疑具有很好的灵敏度，但由于对贵重检测仪器的依赖性，检测成本较高，难以推广应用。此外这些仪器检测极易受样品背景（杂质、浮游生物、金属离子等）干扰[5, 6]。因此，急需开发简单、灵敏、具有高度选择性的Cu2+探针。
荧光传感器和显色传感器检测成本低，检测快速灵敏便捷，可以满足现场检测的需求，受到研究人员的喜爱。其中，显色传感器因其可直观的裸眼观测和更低的成本更为研究者青睐[7]。金纳米粒子（Au NPs）由于良好的稳定性、表面效应、小尺寸效应、光学效应以及特殊的生物亲和效应而具有独特的物理化学性质，在分析检测方面呈现广泛的应用前景，近年来备受关注[8,9]。通过诱导Au NPs的聚集和解聚，引起Au NPs颜色性状和紫外吸收的变化进行Cu2+检测，简单快速，灵敏直观[10]。但Au NPs本身的稳定性极易受pH、离子强度等条件的影响，因此在实际样品的检测中仍有一定困难。
Dong等人首先合成了PEI修饰的金属纳米粒子用于Cu2+检测，很好的解决了Cu2+探针自身稳定性的问题[11]。PEI是一种水溶性阳离子聚合物，可通过螯合作用与金属离子结合，被广泛应用于生物检测中。由于富含胺基，PEI可在金属纳米粒子的合成及表面修饰中作为稳定剂。PEI修饰的银纳米簇（PEI-Ag NCs）和PEI修饰的量子点（PEI-CQDs）已成功合成并应用于基于荧光猝灭的Cu2+检测中。美中不足的是，这些传感器制备方法复杂，耗时长（制备PEI-Ag NCs需2天，制备PEI-CQDs需在3 h内重复蒸发10次溶液）[11]。此外，在PEI-CQDs的荧光猝灭中Hg2+可能产生干扰，因此，制备简单高效的Cu2+探针仍面临着挑战。
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