一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法及应用

1.本发明涉及紫外线检测领域，且特别涉及一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法及应用。


背景技术：

2.紫外线是一种光波(电磁波)，波长范围在100～400nm，在我们生活中应用广泛。适量的紫外线辐照可增强人体的免疫功能，对人体有保健作用，然而过度的紫外线辐照有害人体健康，可引起光照性皮炎、皮肤癌、角膜炎和结膜炎等。随着人类社会的发展，大气臭氧层遭到了严重破坏，形成了臭氧空洞，过度的紫外线辐射通过臭氧空洞可直接威胁到人类健康。
3.为了更好地应用紫外线，避免过度辐照引发不良后果，有必要对紫外线辐射剂量进行检测，目前的紫外线辐射剂量检测方法主要有紫外—可见光谱仪仪器法和化学试剂法。紫外—可见光谱仪仅适用于微量分析，高浓度物质会使得吸光度和浓度之间的关系发生偏离，不再适用朗伯比尔定律，且目前的紫外线监测装置存在监测方法复杂、结构复杂、不易携带等缺点，较难广泛推广使用。化学试剂法其中一种是将特定化学品暴露在紫外辐射下，用以测量辐射接触，目前使用最广的探测材料是丙酮亚甲兰，它有着对uva和uvb射线广谱吸收的特性，这种方法较简单，但存在需要较复杂仪器且耗时较长的不足。另一种是市面上常用于检测紫外灯辐射剂量的方法—化学指示卡规范检测法，但其变色不明显且使用肉眼观察具有一定误差，虽然便捷却有一定的局限性。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，通过将纳米金的等离子共振特性和优秀的团聚变色性质结合起来，实现肉眼通过纳米金溶液颜色改变判断紫外线辐照剂量的目的，操作过程简单，准确度高。
5.本发明的目的在于提供一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法的应用，此种方式成本低、简便快捷，且不需要任何大型仪器，仅凭肉眼就可分辨出溶液中是否含有目标物质。
6.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
7.本发明提出一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，包括以下步骤：
8.s1、制备纳米金颗粒，得到均匀的纳米金溶液；
9.具体地，步骤s1包括：
10.s11、将柠檬酸钠溶解在第一超纯水中，获得柠檬酸钠溶液。
11.其中，所述柠檬酸钠与所述第一超纯水的质量比大致为10：1。
12.s12、向氯金酸溶液中加入第二超纯水，搅拌至完全溶解，获得低浓度氯金酸溶液。
13.s13、使用油浴锅加热圆底烧瓶，然后加入低浓度氯金酸溶液，待溶液沸腾后加入柠檬酸钠溶液，观察溶液颜色变为酒红色后，将溶液取出装瓶，即制得纳米金溶液。所述加
热温度为70℃，所述酒红色为均匀的酒红色。
14.在步骤s1后，还包括制备透射电子显微镜观察样品，将纳米金溶液稀释3倍，用移液枪吸取8.5ul，垂直滴下至铜网，在铜网表面形成球状纳米金粒子。透射电子显微镜(tem)具体操作步骤为：进样品，通大气，按顺序放入负载样品的铜网并固定好，用洗耳球吹扫表面的灰尘并抽真空，调焦距，拍摄照片并保存。
15.s2、取多只离心管，并在各个离心管中加入自由基引发剂和所述纳米金溶液。
16.其中，特别的，所述氯金酸溶液浓度为2％，体积为0.1ml，所述第二超纯水为20ml，所述低浓度氯金酸溶液浓度为0.1％。
17.所述自由基引发剂为乙醇溶液，所述乙醇溶液与所述纳米金溶液体积比为1:10。
18.s3、对每个离心管，采用紫外线辐照不同的时间，获取各个离心管内的溶液颜色变化。
19.进一步地，在本发明较佳实施例中，s3中，所述紫外线辐照时长为0～10.5min。所述的纳米金在tem下为分散的纳米金粒子，随着紫外线照射时间的增加，单颗粒分散的纳米金倾向于团聚成金纳米团，体积变大。
20.所述的纳米金溶液颜色随着照射时间变长而由酒红色逐渐变为蓝紫色，且当照射时长为6min时，溶液颜色变成紫色；当照射时长为7.5min～10.5min时，溶液整体呈现蓝色并渐变成蓝紫色。
21.s4、根据各个离心管内的溶液颜色变化进行紫外光谱监测，测定各个离心管的吸光度。
22.进一步地，在本发明较佳实施例中，s4具体步骤为在各离心管中分别取150ul溶液于96格多孔板中，进行紫外光谱监测，测定吸光度。
23.随着紫外线照射时间增加，纳米金溶液的最大吸收波长向长波长移动且吸收值变大，但10.5min紫外线照射后的纳米金溶液团聚严重，不再遵循郎伯-比尔定律，导致紫外可见光吸收曲线发生突变。
24.s5、根据各个紫外线照射的时间以及吸光度，构建不同紫外线辐照剂量照射下的线性响应曲线。
25.本发明提出一种如前述基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法的应用。
26.本发明实施例中，基于紫外线下纳米金颗粒可发生自由基反应，能够改变纳米金颗粒的分散—团聚状态，致使纳米金颗粒团聚，紫外吸收光谱发生红移，使得溶液颜色发生改变，从而可通过肉眼观察溶液颜色的改变判断紫外线辐照剂量，操作过程简单，准确度高。
27.此外本实施例还可制作成便携式可视化的比色试纸条，通过滴加纳米金溶液后静置于太阳光下一段时间，根据纳米金溶液变色程度可高灵敏地定量检测紫外线辐照剂量，检测方便。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
29.图1通过turkevich-frens法合成的纳米金溶液实物图；
30.图2纳米金颗粒的透射电子显微镜图(tem)(200nm)；
31.图3 0～10.5min紫外线照射下，纳米金溶液的颜色变化；
32.图4紫外线照射0～10.5min下，纳米金溶液的紫外吸收光谱图；
33.图5紫外线照射0～9min下，纳米金溶液的紫外吸收光谱图；
34.图6 550nm吸收峰处的吸光度值与紫外线照射时间的线性响应曲线。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
36.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
37.实施例1
38.s1、制备纳米金颗粒，得到均匀的纳米金溶液。
39.1.用电子天平称取40mg柠檬酸钠，加入4ml超纯水，溶解均匀后装入50ml离心管中，备用。
40.2.用移液枪取0.1ml 2％氯金酸溶液于50ml离心管中，加入20ml超纯水，搅拌至完全溶解，配制浓度为0.1％的氯金酸溶液，备用。
41.3.使用油浴锅加热圆底烧瓶，至70℃时加入氯金酸溶液，待溶液沸腾后再加入柠檬酸钠溶液，观察溶液颜色变为酒红色后，升高圆底烧瓶，使用移液枪将溶液取出装瓶，即制得纳米金溶液。
42.图1为使用turkevich-frens法合成的纳米金溶液，如图所示，溶液整体呈现均匀的酒红色。
43.制备透射电子显微镜观察样品：用镊子取出电镜适用的铜网，并将其放置于滤纸上，并进行编号标记；纳米金溶液稀释3倍，用移液枪吸取8.5微升，垂直滴下至铜网，在铜网表面形成球状是为最佳状态；若无，则多滴加几次，增加浓度；将负载样品的铜网转移至加热台加热，烘干铜网上的水分。
44.透射电子显微镜的具体操作步骤：进样品：通大气，小心地拔出样品杆，按顺序放入负载样品的铜网，接着固定好之后用洗耳球吹几下表面的灰尘，插入样品杆，抽真空，把样品杆插到底。找样品区域：打开灯丝的电压和电流，稳定之后观察铜网，选择一个较佳的孔放大进去，进行进一步观察。粗调焦：在放大的孔中找到目标样品，按下调焦按钮，这时看到样品会有一定晃动，调节focus按钮直至样品的图像清晰没有重影，再按下调焦按钮。细调焦：调到适宜倍数，把亮度调制5*10-8以下，进入放大拍摄界面，在此界面进行进一步调焦，旋转focus至样品图像略有一些白边为宜。拍摄图片：按下save拍摄照片，并将图片保存于选定文件夹。
45.图2为透射电子显微镜(tem)下的纳米金颗粒，(a)分散的纳米金颗粒，标尺为100nm。(b～d)逐渐团聚的纳米金颗粒，标尺为100nm。(e～g)体积继续增大的纳米金颗粒，
标尺为200nm。(h)纳米金形成团聚体，标尺为500nm。由图可见随着照射紫外线时间的增加，单颗粒分散的纳米金倾向于团聚成金纳米团。
46.s2、取8只0.6ml离心管，编号分别为0～7号，每管加入200ul纳米金溶液，放置备用。用移液枪分别移取50ul2-羟基-2-甲基苯丙酮(作为自由基引发剂)和600ul乙醇溶液，加入2ml离心管，混匀备用。在编号分别为0～7号的各个离心管中依次加入20ul自由基引发剂的乙醇溶液。
47.s3、对每个离心管，采用紫外线辐照不同的时间，获取各个离心管内的溶液颜色变化。
48.取其中一只离心管作为空白对照，其余离心管按照编号分别用紫外线照射0～10.5分钟(minutes，min)，仔细观察溶液颜色变化，发现溶液颜色随着照射时间变长而由红色渐变为蓝色。
49.s4、根据各个离心管内的溶液颜色变化进行紫外光谱监测，测定各个离心管的吸光度。
50.在以上各离心管中分别取150ul溶液于96格多孔板中，进行紫外光谱监测，测定吸光度。
51.图3为0～10.5min紫外线照射下，纳米金溶液的颜色变化，由图可知，纳米金溶液的颜色随着紫外线照射时间的增加而变化，颜色由酒红色转变为蓝紫色。其中未照射紫外线的初始溶液为酒红色，当照射紫外线时长至6min时，可见溶液颜色已变至紫色；当照射紫外线时长为7.5min～10.5min，溶液整体呈现蓝色并渐变成蓝紫色。
52.图4为紫外线照射0～10.5min下，纳米金溶液的紫外吸收光谱图，如图所示，紫外线照射10.5min后纳米金溶液团聚严重，导致了其在500～650nm波段的紫外可见吸收曲线发生了突变，不再遵循郎伯-比尔定律。
53.图5为舍去10.5min紫外线照射时长，进行标准化再次作图的紫外光谱图，可得出结论：0～9min紫外线照射下，随着紫外线照射时间增加，纳米金溶液吸收的最大波长向长波长移动，吸收值变大，且纳米金溶液在不同的紫外线照射时间内波形基本一致，均在550～650nm附近的紫外光光谱范围内有吸收峰，且时间延长后最大吸收波长红移。
54.s5、根据各个紫外线照射的时间以及吸光度，构建不同紫外线辐照剂量照射下的线性响应曲线。
55.选取550nm吸收峰处的吸收峰数值与紫外线照射时间进行作图。
56.图6为550nm吸收峰处的吸光度值与紫外线照射时间的线性响应曲线，由图可知吸收值与紫外线的照射时间的相关系数r2高达0.99，呈现很好的线性关系，并且拟合性较好，表明了该方法在一定时间内对于监测紫外线辐照剂量的高准确度。
57.本发明利用氯金酸还原法(turkevich-frens)合成的纳米金颗粒在紫外线辐照剂量检测中的运用前景广阔，初始溶液为均匀的酒红色，tem下为球形结构，吸光度曲线在550nm处有吸收峰，随着紫外线照射时间的增加，自由基反应加剧，纳米金颗粒大量团聚，溶液的最大吸收波长红移，吸收数值与紫外线照射时间存在正相关性(r2＝0.99)，可通过纳米金溶液的紫外可见吸收值来定量分析紫外线的辐照剂量。更能通过团聚变色的特性，将纳米金颗粒制作成一个便携式可视化的比色试纸条，类似于新型冠状病毒胶体金检测卡，滴加纳米金溶液后静置于太阳光下一段时间，便可用肉眼直接观察溶液颜色的变化，达到
快速简便且高灵敏检测紫外线辐照剂量的目的。
58.综上所述，本发明实施例的基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法及应用的有益效果是：
59.本发明实施例中，基于紫外线下纳米金颗粒可发生自由基反应，能够改变纳米金颗粒的分散—团聚状态，致使纳米金颗粒团聚，紫外吸收光谱发生红移，使得溶液颜色发生改变，从而可通过肉眼观察溶液颜色的改变判断紫外线辐照剂量，操作过程简单，准确度高。
60.此外本实施例还可制作成便携式可视化的比色试纸条，通过滴加纳米金溶液后静置于太阳光下一段时间，根据纳米金溶液变色程度可高灵敏地定量检测紫外线辐照剂量，检测方便。
61.以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

技术特征：
1.一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、制备纳米金颗粒，得到均匀的纳米金溶液；s2、取多只离心管，并在各个离心管中加入自由基引发剂和所述纳米金溶液；s3、对每个离心管，采用紫外线辐照不同的时间，获取各个离心管内的溶液颜色变化；s4、根据各个离心管内的溶液颜色变化进行紫外光谱监测，测定各个离心管的吸光度；s5、根据各个紫外线照射的时间以及吸光度，构建不同紫外线辐照剂量照射下的线性响应曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s1的具体步骤为：s11、将柠檬酸钠溶解在第一超纯水中，获得柠檬酸钠溶液；s12、向氯金酸溶液中加入第二超纯水，搅拌至完全溶解，获得低浓度氯金酸溶液；s13、使用油浴锅加热圆底烧瓶，然后加入低浓度氯金酸溶液，待溶液沸腾后加入柠檬酸钠溶液，观察溶液颜色变为酒红色后，将溶液取出装瓶，即制得纳米金溶液。3.根据权利要求2所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s11中，所述柠檬酸钠为40mg，所述第一超纯水为4ml。4.根据权利要求2所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s12中，所述氯金酸溶液浓度为2％，体积为0.1ml，所述第二超纯水为20ml，所述低浓度氯金酸溶液浓度为0.1％。5.根据权利要求2所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s13中，所述加热温度为70℃，所述酒红色为均匀的酒红色。6.根据权利要求1所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，在s1后，还包括制备透射电子显微镜观察样品，将纳米金溶液稀释3倍，用移液枪吸取8.5ul，垂直滴下至铜网，在铜网表面形成球状纳米金粒子。7.根据权利要求1所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s2中，所述自由基引发剂为乙醇溶液，所述乙醇溶液20ul，所述纳米金溶液200ul。8.根据权利要求1所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s3中，所述紫外线辐照时长为0～10.5min。9.根据权利要求1所述的一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，其特征在于，s4具体步骤为在各离心管中分别取150ul溶液于96格多孔板中，进行紫外光谱监测，测定吸光度。10.一种如权利要求1-7任一项所述基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法的应用。

技术总结
本发明提供一种基于纳米金的紫外线辐照剂量检测方法，包括S1、制备纳米金颗粒，得到均匀的纳米金溶液；S2、取多只离心管，并在各个离心管中加入自由基引发剂和所述纳米金溶液；S3，对每个离心管，采用紫外线辐照不同的时间，获取各个离心管内的溶液颜色变化；S4、根据各个离心管内的溶液颜色变化进行紫外光谱监测，测定各个离心管的吸光度；S5，根据各个紫外线照射的时间以及吸光度，构建不同紫外线辐照剂量照射下的线性响应曲线。量照射下的线性响应曲线。量照射下的线性响应曲线。


技术研发人员：李雅湟 林舒宸 谢莉莉
受保护的技术使用者：福建医科大学
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/10/11