氯金酸(HAuCl₄)购于Sigma Aldrich公司; 谷胱甘肽(GSH)(BR)购于上海瑞永生物科技有限公司; L-组氨酸(His)(BR)购于Regal Biotechnology公司; 磷酸二氢钾(KH₂PO₄)、 磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)、 氯化钠(NaCl)、 氯化钾(KCl)及碳酸氢钠(NaHCO₃)均为分析纯, 购于国药集团化学试剂有限公司。

RF-5301PC 型荧光光谱仪(日本Shimadzu公司), Evolution 300型紫外-可见吸收光谱仪(美国Thermo Nicole公司), VERTEX70型傅里叶变换红外光谱仪(德国Bruker公司) , ESCALAB 250Xi 型光电子能谱仪(美国Thermo Fisher 公司)。

用还原法合成, 防止金纳米团簇无限制生长, 用移液枪准确量取10 mmol· L^-1的氯金酸(HAuCl₄)溶液5.00 mL, 再迅速加入0.10 mol· L^-1 L-组氨酸(His)15.00 mL, 两溶液置于DF-101s型集热式恒温加热磁力搅拌器中发生反应, 反应温度为25 ℃, 将反应后的20.00 mL组氨酸金纳米团簇与5.00 mL浓度为的120 mmol· L^-1谷胱甘肽(GSH)均匀混合, 室温下放置1 h, 合成组氨酸、 谷胱甘肽混合修饰的金簇。

将所合成的金纳米团簇溶于水后, 在DZF-6020型真空干燥箱中通过真空干燥称重法测定其浓度。 将金簇溶液稀释一定倍数后, 采用RF-5301PC型荧光光谱仪, 在发射波长为380 nm测定所合成金簇的荧光光谱。 在波长范围为200~700 nm, 采用Evolution 300型紫外-可见光谱仪测定所合成金簇的紫外可见吸收光谱, 采用ESCALAB 250Xi 型光电子能谱仪测定所合成金簇的X射线光电子能谱图。

在2.00 mL金簇溶液中加入6.25 mL缓冲溶液, 16.75 mL纯水, 将制备得到的金纳米团簇稀释到体积为25.00 mL。 在电流强度15 A氙灯的照射下, 得到不同pH在不同光照时间下猝灭的金簇溶液, 在380 nm激发波长下, 用RF-5301PC型荧光光谱仪分别测定其荧光强度, 用Evolution 300型紫外-可见光谱仪测定其紫外吸收强度, 将金簇溶液在DZF-6020型真空干燥箱中通过真空干燥后, 用VERTEX70型傅里叶变换红外光谱仪测定红外吸收强度。

在2.00 mL金簇溶液中加入6.25 mL pH分别为5.0, 7.4和9.0的缓冲溶液, 用纯水将制备得到的金纳米团簇稀释到体积为25.00 mL, 在电流强度为15 A氙灯的照射下, 分别通入N₂, 并加入空白对照, 得到不同pH在不同光照时间下猝灭的金簇溶液, 用RF-5301PC 型荧光光谱仪分别测定其荧光强度。

在组氨酸修饰的金簇中加入谷胱甘肽后, 可提高所合成金簇的荧光量子产率和稳定性。 图1为组氨酸、 谷胱甘肽混合修饰金簇的紫外-可见吸收光谱, 从图1可以看出, 所合成金簇的吸光度随着波长的减小逐渐增大, 这与文献所报道的结果一致^[9]。 所合成的金簇没有出现金纳米颗粒在520 nm附近所特有的表面等离子体共振峰, 表明在金簇溶液中不存在大颗粒的金纳米粒子^[10]。 图2为所合成金簇的荧光光谱图, 采用380 nm波长光激发时, 所合成金簇的荧光的最大发射波长在489 nm。 图3为所合成金簇的X射线光电子能谱图, 从图中看出, 结合能在83.7, 168.1, 284.8, 399.6及532.1电子伏特分别对应Au(4f), S(2p), C(1s), N(1s)及O(1s)所产生的信号, S(2p)的峰值表明, 在163.0 eV下, Au NCs和GSH之间通过Au— S键结合^[8]。

图1

Fig.1

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	图1 金簇的紫外-可见吸收光谱图 金簇的浓度为1.6× 10-4 mol· L-1, 参比溶液为超纯水Fig.1 UV-Vis spectra of gold nanoclusters The concentration of gold nanoclusters is 1.6× 10-4 mol· L-1, Ultrapure water is used as reference solution

图2

Fig.2

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	图2 金簇的荧光光谱图 金簇的浓度为1.6× 10-4 mol· L-1Fig.2 FL spectra of gold nanoclusters The concentration of gold nanoclusters is 1.6× 10-4 mol· L-1

图3

Fig.3

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	图3 金簇的X射线光电子能谱图Fig.3 X-ray photoelectron spectroscopy of gold nanoclusters

目前, 荧光探针光稳定性实验主要采用紫外灯照射或激光照射进行的。 紫外灯照射尽管仪器设备非常简单, 但实验重复性不好; 激光照射重复性好, 但仪器设备十分昂贵^{[11, 12]}。 氙灯光源光稳定性好, 价格低, 已经广泛应用于光催化实验中。 对于金簇来说, 一些文献报道了可以通过掺杂及改变表面修饰的方式提高金簇的稳定性, 但对不同pH条件下的光稳定性研究还未见报道。 本实验采用氙灯光源照射金簇, 记录照射不同时间金簇的荧光光谱, 研究金簇在不同环境下的光稳定性。 图4为pH 5.0[图4(a)], 7.4[图4(b)]和9.0[图4(c)]的条件下, 组氨酸、 谷胱甘肽混合修饰金簇在不同照射时间的荧光信号。 从图4(a), (b)及(c)可以看出, 在光照之前, 金簇的最大发射波长及强度在不同pH条件下有一定的差异, 主要由于金簇的荧光性质对pH值的改变十分敏感, 碲化镉量子点也有类似的性质^[13]。 图4(d)是最大发射波长处荧光强度随照射时间的变化曲线, 由图4(d)可看出, 金簇在pH 9.0的条件下荧光强度变大, 最大荧光发射波长发生红移, 这可能是在碱性条件下, 金簇的表面环境发生变化所引起的^[9]。 随着照射时间的增加, 金簇的荧光信号降低, 图4(d)为其相对荧光强度图, 可以看出在pH=5.0及7.4时, 金簇的光稳定性较好, 在pH=9.0时, 金簇的光稳定性较差。

图4

Fig.4

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图4 pH为5.0 (a), 7.4 (b), 9.0 (c) 时, 光照时间的影响, 从1— 18照射时间分别为0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60和90 s, 2, 3, 4, 6, 10, 15, 25, 40和60 min; (d)pH分别为5, 7.4, 9, 光照时间对金簇荧光强度的影响; 金簇的浓度为1.6× 10-4 mol· L-1 2.3 金簇猝灭机制研究Fig.4 The effect of irradiation time on FL spectra of gold nanoclusters at pH 5.0. The time from 1 to 18 is 0, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 60 and 90 s; 2, 3, 4, 6, 10, 15, 25, 40 and 60 min respectively; (d) The effect of irradiation time on FL intensity at λ max wavelength of gold nanoclusters at pH 5.0, 7.4 and 9.0; The concentration of gold nanoclusters is 1.6× 10-4 mol· L-1

为了进一步研究光照引起金簇表面基团的变化, 我们分别测量了光照前后金簇的紫外-可见吸收光谱及红外光谱。 图5分别是pH=5.0(a), 7.4(b)及9.0(c)条件下, 谷胱甘肽和组氨酸混合修饰金簇在光照前后的紫外可见吸收光谱, 从图中可以看出, 当光照1 h后, 金簇溶液的吸光度出现了明显的上升, 这说明在光照后, 金簇及表面修饰试剂的部分基团发生了光化学反应。

图5

Fig.5

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	图5 pH为5.0(a), 7.4(b)及9.0(c)时, 光照前a, 后b金簇的紫外-可见吸收光谱 金簇的浓度为1.6× 10-4 mol· L-1, 参比溶液为超纯水Fig.5 UV-Vis spectra of gold nanoclusters before a and after b irradiation at pH 5.0 (a), 7.4 (b)and 9.0 (c) The concentration of gold nanoclusters is 1.6× 10-4 mol· L-1, Ultrapure water is used as reference solution

图6a为光照前金簇的红外光谱, 波数在3 452, 1 657及1 546 cm^-1分别对应金簇表面修饰试剂O— H, C— O及N— H的伸缩振动峰; 波数在1 102, 984及 863 cm^-1分别对应于C— O— C, C＝C及C— H的振动^[14]。 在光照后(图6b), 可看出, 波数在1 657, 1 102及863 cm^-1三个振动峰均明显的降低, 说明金簇表面的C— O, C— O— C及C— H在光照后发生了光化学反应, 导致金簇表面微环境发生了改变, 这与紫外-可见吸收光谱结果相一致。

Ma等^[15]研究表明, 体系中的溶解氧对巯基修饰CdTe量子点的光稳定性起着至关重要的作用。 为了进一步证明溶解氧是否会影响金簇的光稳定性, 我们采用通氮气的方法除去溶液中的溶解氧, 结果表明, 当向体系中通入氮气后, 光照时, 金簇的荧光强度下降的更慢, 说明金簇的光稳定性有了显著的提高(图7)。

图6

Fig.6

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	图6 光照前a, 后b金簇的红外光谱Fig.6 IR spectra of gold nanoclusters before a and after b irradiation

图7

Fig.7

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	图7 通入氮气前后光照时间对金簇最大发射波长处荧光强度的影响, 金簇的浓度为1.6× 10-4 mol· L-1Fig.7 The effect ofirradiation time on FL intensity at λ max wavelength of gold nanoclusters with or without N2; The concentration of gold nanoclusters is 1.6× 10-4 mol· L-1

金簇的发光性质不仅与其内部所含金原子数量有关, 金簇表面电荷数量及配体的状态都会对其发光产生重要的影响^[16]。 在氙灯照射下, 金簇可与溶液中溶解氧产生作用, 在溶液中形成活性氧自由基^{[17, 18]}, 所形成的活性氧自由基进一步与金簇表面修饰试剂反应, 改变了金簇表面电荷及修饰试剂状态, 从而使金簇的发光产生猝灭。 由于在不同pH值条件下金簇产生活性氧的能力不同, 表面修饰试剂的稳定性也不同, 导致金簇的荧光在pH为9.0时比5.0和7.4时更容易猝灭。