可视化研究银纳米颗粒与柑橘类农药杀扑磷的相互作用.docx

1、可视化研究银纳米颗粒与柑橘类农药杀扑磷的相互作用可视化研究银纳米颗粒与柑橘类农药杀扑磷的相互作用 摘要：为检测柑橘类农药杀扑磷，选择具有独特局域表面等离子体共振吸收和散射特性的银纳米。用合成70 nm大小的银纳米颗粒结合Britton-Robinson缓冲溶液研究银纳米与杀扑磷农药的相互作用，发现银纳米颗粒与杀扑磷农药反应形成Ag-S键，检测限达0.210-6 mol/L，表明用银纳米检测杀扑磷农药是一种成本低、简捷、易操作的好办法，以期为杀扑磷农药的检测提供新的思路和基础。 关键词：杀扑磷；银纳米；可视化 中图分类号：TQ450.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）0

2、9-1668-05 DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.09.017 Visualization Research on the Interaction between Silver Nanoparticles and Citrus Methidathion Pesticide XU Na， ZHAO Xi-juan， ZHOU Zhi-qin （Vocational and Technical College of Anshun， Anshun 561000， Guizhou， China） Abstract： The silver nanoparticle

3、s with unique properties of localized surface plasmon resonance absorption and scattering were selected to examine the citrus methidathion pesticide. By combining the silver nanoparticle synthesis at the size of 70 nm and Britton-Robinson buffer solution，the interaction between silver nano and methi

4、dathion pesticide was detected. The results showed that the silver nanometer reacted with methidathion pesticide reaction and the Ag-S bond formed，the detection limit was 0.210-6 mol/L，which demonstrated its a good way to detect methidathion pesticide with silver nanoparticles，the method was low cos

5、t，simple，easy to operate，and shall be expected to provide new means and basis for the detection of methidathion. Key words： methidathion； silver nanoparticles； visualization 中国是一个农业大国，70%的人口是农民，其中多数人靠种植农作物为生，农业种植离不开化学农药。目前，中国的农药用量居世界前茅，杀扑磷作为一种常用的有机磷杀虫剂和杀蚧剂广泛用于柑橘等作物上的害虫防治1，2，但杀扑磷农药残留在柑橘等作物上，对环境和人体健康都

6、会造成严重危害，如今农药残留问题更加引起人们的关注。常见的农药残留检测方法有气相色谱法、液相色谱法、色谱与其他检测方法的联用、生物传感器、免疫分析法等，但因成本高、周期长、人员素质要求高，需使用大型仪器设备等诸多因素而受到限制。针对杀扑磷农药残留问题，本试验是用合成的银纳米颗粒结合Britton-Robinson缓冲溶液研究银纳米与杀扑磷的相互作用，来探索杀扑磷的检测方法，为农残检测提供新的思路与基础，它是一种成本低、简捷、易操作的好办法。具体研究内容有银纳米颗粒的制备、表征，优化银纳米与杀扑磷反应的条件，可视化研究银纳米与杀扑磷的相互作用并用紫外-可见吸收光谱分析（UV-Vis）方法对杀扑磷

7、进行检测分析。 1 试验部分 1.1 试剂和仪器 Britton-Robinson Buffer Solution（伯瑞坦-罗比森缓冲溶液）；M/25混合酸（正磷酸、冰乙酸、硼酸）；硝酸银、甘油、柠檬酸钠、PVP、氨水、抗坏血酸、氢氧化钠均来自成都市科龙化工试剂厂，都是分析纯；去离子水（西南大学园艺园林学院实验室提供）；杀扑磷农药（市场购买）；GB204电子天平（瑞士METTLER TIKEDO）；UV-2550紫外-可见分光光度计（日本岛津）；扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）；THZ-8水浴恒温振荡器（江苏金坛亿通电子有限公司）；KQ-100

8、B超声波清洗器（中国昆山市超声仪器有限公司）；KA-100离心机（上海安亭科学仪器厂）；油浴锅。 1.2 Britton-Robinson缓冲溶液的配制 配制200 mL M/25混合酸首先是?0.54 mL80%正磷酸、0.472 mL冰乙酸和0.494 g硼酸溶于200 mL去离子水，其次是称取1.6 gNaOH溶于200 mL去离子水，最后是将M/25混合酸和NaOH溶液按一定比例混合，即得具体的Britton-Robinson缓冲溶液pH。由于杀扑磷农药在弱酸性及中性介质中稳定，遇碱性条件易水解，所以人们选择Britton-Robinson缓冲溶液的pH范围是4.568.69。 1.3

9、 银纳米的合成 试验前先将试验中所用玻璃仪器用去离子水冲洗干净，并将之放入超声波清洗器中超声1020 min，之后用去离子水冲洗3遍，最后放入恒温干燥箱中待用。试验中所有使用的水为去离子水。首先取50 mL 40%甘油（搅拌1 200 r/min，2.5 cm搅拌棒）放在100 mL烧瓶搅拌，加热至95 ，在达到内部温度之后，加9 mg AgNO3到上述溶液，1 min之后，将1 mL柠檬酸钠（3%）加到上述溶剂，将反应混合物搅拌，放在95 的油浴锅1 h。在室温下，向250 mL烧杯中加水138 mL、甘油23 mL和PVP 0.58 g进行搅拌（1 200 r/min，2.5 cm搅拌棒）

10、。其次取12 mL上面制备的2030 nm AgNO3加入到大烧杯中，反应开始20 s后加242 L混合溶液（20 mg AgNO3溶解到1 mL水中和220 L 30%氨水氢氧化铵），最后加9.2 mg抗坏血酸。银纳米合成后，由于温度过高，先将其放在常温下降温1 h左右，等其温度降低，将其储藏在冰箱（5 ），用时取出离心。 1.4 紫外可见分光光度计检测银纳米与杀扑磷农药的反应 紫外可见分光光度法是根据物质分子对波长为200800 nm电磁波的吸收特性而建立起来的一种定性、定量分析方法。由于银纳米颗粒具有表面等离子体共振特性，一般会在410430 nm附近出现紫外可见吸收峰，银纳米的粒径不同

11、，吸收峰位置就会发生变化，银纳米颗粒粒径越大，吸收峰会发生红移，紫外可见分光光度计是检测银纳米颗粒变化的一个重要方法。在考察pH、筛选反应时间和确定不同浓度对银纳米与杀扑磷农药反应的影响时，都要使用紫外可见分光光度计进行检测。通过紫外-可见（分子）吸收光谱分析，出现紫外可见吸收光谱图，根据银纳米颗粒吸收峰变化，判断银纳米与杀扑磷农药反应情况，进而确定能否用银纳米颗粒快速的?z测杀扑磷农药。 2 结果与讨论 2.1 银纳米颗粒的UV-vis表征 图1是银纳米颗粒的UV-vis吸收光谱。通过种子生长法，用柠檬酸钠还原硝酸银，合成70 nm的银纳米颗粒，溶液颜色为淡黄色。由图1可知，用柠檬酸钠合成的

12、银纳米颗粒，随着波长的变化，吸光度也发生变化，银纳米在418 nm出现强的紫外吸收峰，对应于银纳米颗粒的表面等离子体共振（LSPR）。 2.2 银纳米颗粒的SEM表征 图2是银纳米颗粒的SEM表征。a是银纳米颗粒的SEM，b是银纳米颗粒在Britton-Robinson缓冲溶液中的SEM。从a图可见，银纳米颗粒呈近似的球形，表面光滑，粒径相差不大，分布较均匀。从b图可见，银纳米颗粒以Britton-Robinson缓冲溶液作介质，并没有发生聚集，银纳米颗粒仍然分散存在，粒径大小相差不大，说明Britton-Robinson缓冲溶液不会使银纳米颗粒发生聚集。Britton-Robinson缓冲溶

13、液只是起到调节溶液酸碱度的作用。 2.3 银纳米与杀扑磷农药反应的pH优化 图3是优化银纳米与杀扑磷农药反应的pH。a、b图是可视化选择银纳米颗粒与杀扑磷农药反应的最优pH，c图是理合出的银纳米与杀扑磷反应的最优pH。a图从左至右依次加入pH分别为4.56、5.73、6.37、7.24、8.69的缓冲溶液与银纳米颗粒反应，b图从左至右依次加入pH分别为4.56、5.73、6.37、7.24、8.69的缓冲溶液与银纳米颗粒、杀扑磷农药反应，图a和图b的区别是a反应溶液中不加杀扑磷农药，而b反应溶液中加2.010-3 mol/L杀扑磷农药。从a图可见，不同pH的缓冲溶液与银纳米颗粒反应，溶液颜色并

14、未发生变化，均呈淡黄色，说明Britton-Robinson缓冲溶液和银纳米混合，不会影响银纳米颗粒的表面等离子体共振特性，不能使银纳米颗粒发生聚集。从图b可见，不同pH的缓冲溶液与银纳米颗粒、杀扑磷农药反应，发现溶液颜色由淡黄色变为黄褐色，且在pH=7.24时颜色最深，说明在pH=7.24时，银纳米颗粒与杀扑磷农药反应程度最大。从c图可见，在银纳米溶液中不加杀扑磷时，银纳米颗粒的紫外吸收峰并没有发生多大变化，吸收峰都在414 nm左右，而在银纳米溶液中加杀扑磷之后，银纳米颗粒的紫外吸收峰发生了巨大的位移，从414 nm位移到446 nm，说明银纳米与杀扑磷分子形成新的纳米银-杀扑磷体系，且两

15、者之间存在静态相互作用。 结果表明，银纳米与Britton-Robinson缓冲溶液不发生反应，与210-3 mol/L杀扑磷农药发生反应，可视化结果与检测结果相符，最终确定银纳米与杀扑磷农药反应的最优pH为7.24。 2.4 银纳米与杀扑磷农药反应所需时间 2.4.1 银纳米与210-3 mol/L杀扑磷农药反应所需时间 图4是银纳米与210-3 mol/L杀扑磷反应所需时间。银纳米与杀扑磷农药反应时，随着时间的推移，吸收峰从428 nm位移到452 nm，历经15 h才会聚集，说明虽然银纳米与210-3 mol/L杀扑磷农药发生反应，但所用时间太长，反应不灵敏，不利于快速检测杀扑磷农药。

16、2.4.2 银纳米与210-6 mol/L杀扑磷农药反应所需时间 图5是银纳米与210-6 mol/L杀扑磷反应所需时间。随着反应时间增加，银纳米的紫外吸收峰在418 nm并没有变化，只是吸光度慢慢减弱，但却在650 nm出现紫外吸收峰，说明紫外吸收波长发生红移。反应到1.0 h，紫外吸收峰在650 nm达到最大，表明在杀扑磷浓度为210-6 mol/L，很容易检测到杀扑磷与银纳米发生了反应，和210-3 mol/L杀扑磷与银纳米反应相比较，210-6 mol/L杀扑磷具有更高的灵敏性。 2.5 银纳米与不同浓度杀扑磷农药反应 2.5.1 银纳米与不同浓度杀扑磷农药反应情况 图6是可视化研究银

17、纳米与不同浓度杀扑磷反应结果。图A、B的每个小试管从左至右依次加入210-8、210-7、210-6、210-5、210-4、210-3 mol/L的杀扑磷农药，另外在每个小试管都加入pH=7.24的Britton-Robinson缓冲溶液500 L、2 mL AgNPS和2.5 mL水。A图是银纳米与不同浓度杀扑磷反应前的状态，B图是银纳米与不同浓度杀扑磷反应1 h的状态。A、B图对照发现，银纳米与210-7、210-6、210-5 mol/L的杀扑磷农药反应1 h后，溶液颜色发生了变化，由淡黄色变为翠绿色，与银纳米与210-3 mol/L的杀扑磷农药反应颜色差别较大，可能由于杀扑磷分子存在

18、3个S原子，银纳米与不同S原子结合会引起空间结构发生变化而引起。由于杀扑磷农药出现特殊颜色变化，可以对其做进一步研究。 2.5.2 银纳米与210-6 mol/L浓度杀扑磷反应情况 图7是银纳米与10-6 mol/L浓度梯度杀扑磷反应情况。随着杀扑磷浓度的增大，出现了两个紫外吸收峰，分别是412 nm和650 nm。紫外吸收峰在412 nm时，随着浓度的增大，吸收光谱的强度逐渐减弱，但紫外吸收峰在650 nm时，随着浓度的增大，吸收光谱的强度逐渐增强。和210-3 mol/L浓度杀扑磷农药与银纳米颗粒反应相比较，发现210-6 mol/L杀扑磷农药多了一个峰，表明210-6 mol/L杀扑磷农

19、药与银纳米颗粒以不同形式发生了聚集。由于银纳米具有高选择性，随着外在条件的变化，银纳米与S结合的位点也会发生变化，虽然银纳米带负电，杀扑磷也带负电，它们之间存在静电排斥，但由于银纳米容易与S发生结合，且所需时间较短，由此推测，银纳米与杀扑磷农药分子中最活跃的S发生反应形成Ag-S键，表明用银纳米可以检测到0.210-6 mol/L杀扑磷。目前，国家规定的杀扑磷农药的最大残留限量为2 mg/kg3-6，换算成浓度是0.410-5 mol/L，所以可以用银纳米来检测杀扑磷农药。 2.6 反?机理的研究 2.6.1 银纳米与不同浓度杀扑磷农药反应机理的SEM图 图8是银纳米与210-6 mol/L杀

20、扑磷农药反应的SEM图。从图中可见，银纳米颗粒与210-6 mol/L浓度杀扑磷彻底发生聚集，从化学结构上分析，由于银纳米粒子带负电，杀扑磷农药在水溶液中带负电，它们发生了静电排斥，但在杀扑磷浓度越低的时候，静电排斥就会越弱，Ag与S就很容易发生结合，所以银纳米颗粒与杀扑磷农药发生了很大程度的聚集。 图9是银纳米与210-3 mol/L杀扑磷农药反应的SEM图。从图中可见，银纳米颗粒与210-3 mol/L浓度杀扑磷农药反应并没有发生很大程度的聚集，杀扑磷浓度越大，会影响银纳米颗粒表面的等离子体共振特性。杀扑磷的加入使银纳米吸收峰发生明显的红移，吸收波长逐渐增大，表明浓度变化，会引起内部结构发

21、生变化，导致紫外可见吸收峰位置发生变化。由于合成的银纳米在溶液中带负电，杀扑磷农药在水溶液中也带负电，它们发生静电排斥，但在杀扑磷农药浓度越高的时候，静电排斥就会越强，Ag与S就不容易发生结合，所以它们的聚集程度不大。 2.6.2 银纳米与不同浓度杀扑磷农药反应机理的线性图 图10是银纳米与不同浓度杀扑磷农药反应机理比较。从图中可见，a是合成的淡黄色的银纳米溶液，对应的紫外可见吸收峰为418 nm；b是AgNPS与210-3 mol/L杀扑磷农药反应所得溶液，颜色为粉褐色，紫外可见吸收峰在456 nm；c是AgNPS 与210-6 mol/L杀扑磷农药反应所得溶液，颜色为翠绿色，分别在412

22、nm和650 nm出现了两个紫外吸收峰，说明银纳米与210-6 mol/L杀扑磷农药发生了很大程度反应。由以上变化可看出，杀扑磷浓度不同，银纳米与杀扑磷农药发生反应后，溶液颜色会发生很大变化，AgNPS对杀扑磷的测定具有高的选择性，AgNPS与不同浓度、不同分子、不同部位的S结合，就会产生不同的效果7，说明银纳米与杀扑磷农药反应形成Ag-S键，只是浓度不同，形成Ag-S键的部位不同。 2.7 杀扑磷的检测 图11是银纳米颗粒检测杀扑磷农药的线性关系图。从图中可见，横坐标表示杀扑磷浓度，纵坐标表示在650 nm和412 nm波长处吸光度的比值，通过银纳米与不同浓度（0.210-6、0.510-6

23、、1.010-6、1.510-6、2.010-6 mol/L）的杀扑磷反应得到杀扑磷农药的线性方程和相关系数。可以看出，杀扑磷农药呈现良好的线性关系，线性方程为A650/A412=0.306 2c（10-6 mol/L）+0.117 7，相关系数R2=0.989，通过3次重复试验，相对误差和相对标准偏差较小，说明用银纳米可以检测到0.210-6 mol/L杀扑磷农药。 3 结论 通过可视化研究银纳米与杀扑磷的相互作用，发现银纳米颗粒与杀扑磷农药反应的最优pH为7.24，最优反应时间为1 h。在pH=7.24时，分别研究银纳米与2.010-6 mol/L、2.010-3 mol/L杀扑磷农药的相

24、互作用，发现在杀扑磷浓度为2.010-6 mol/L 时，银纳米与杀扑磷反应溶液颜色由淡黄色变为翠绿色，反应时间达1 h，从SEM图可以看出它们聚集程度很大，Ag与S直接结合。在杀扑磷浓度为2.010-3 mol/L时，银纳米与杀扑磷反应溶液颜色由淡黄色变为粉褐色，反应时间达15 h，从SEM图可以看出它们有点分散，不是完全聚集。银纳米颗粒与杀扑磷农药发生反应形成Ag-S键，检测限达0.210-6 mol/L，可以用于杀扑磷农药残留检测。 参考文献： 1 李 振，叶兴祥，叶琪明，等.速扑杀在柑橘中残留与消解动态研究J.浙江农业学报，1996，8（5）：301-303，311. 2 李 振，叶兴

25、祥，包环玉，等.浙江省橘园几种适用杀虫剂的安全性评价J.浙江农业学报，2000，12（5）：390-392. 3 NY 831-2004，柑橘中苯螨特、噻嗪酮、氯氰菊酯、苯硫威、甲氰菊酯、唑螨酯、氟苯脲最大残留限量S. 4 NY 1500.13.34 1500.31.149.2-2008，蔬菜、水果中甲胺磷等 20种农药最大残留限量S. 5 FLEISCHMANN M，HENDRA P J，MCQUILLAN A J. Raman spectra of pyridine adsorbed at a silver electrodeJ.Chemical Physics Letters，1974，

26、26（2）：163-166. 6 LI J F，HUANG Y F，DING Y，et al. Shell-isolated nanoparticle-enhanced Raman spectroscopyJ.Nature，2010，464（7287）：392-395. 7 HUANG J T，YANG X X，ZENG Q L，et al. A simple green route to prepare stable silver nanoparticles with pear juice and a new selective colorimetric method for detection of cysteineJ.Analyst，2013，138（18）：5296-5302.