1．实验目的

1)了解金纳米粒子的相关性质及其应用。

2）掌握金纳米粒子的制备方法。

3）通过金纳米粒子吸收光谱的测定了解纳米粒子的表征手段。

2．实验原理

近年来，纳米尺度的金纳米粒子由于具有优异的光学性质、电学性质、化学活性、生物相容性，在生物领域的应用最为广泛，特别是光学响应中由于表面等离子共振（surfaceplasmaresonance,SPR）引起的吸收光谱带已成为研究热点。研究表明，金纳米粒子的表面等离子共振与金纳米粒子的大小、形状及单分散性有关系，因此金纳米颗粒的制备也一度成为人们研究的热点。迄今为止，已有多种制备金纳米粒子的方法见诸报道。其中最著名的一个方法是水相中枸橼酸钠还原氯化金制备粒径在10-100nm的水溶性金纳米粒子。另外一个目前广泛使用的重要方法是Brust等人开发的表面活性剂存在下两相法制备硫醇配体保护的金纳米粒子，其粒径在1-10nm之间。随后，Murry等人在这个方法基础上加以改进，通过配体彰法制备单层分子保护的金纳米粒子。这种烷基硫醇单层保护的金纳米粒子能够从有机溶剂中分离而且可以重新分散，可以以固体形式储存很长时间而不变质。另一方面，也开发了无表面活性剂存在下一相法制备脂肪族硫醇或者芳香族硫醇配体稳定的金纳米粒子。另外，Negishi等人则采用二硫醇为还原剂，2,3-二巯基丁二酸为稳定剂，一锅制备由10-13个金原子组成、粒径小于0.8nm、水分散性的金纳米粒子团簇。制备方法简单、单分散性好、粒径可控，一直是各种方法追求的目标。

金纳米粒子在水溶液中也称作胶体金（colloidalgold）或金溶胶（goldsol)，是由金盐被还原成金后形成的金颗粒悬液。制备胶体金的常用方法是化学还原法，基本原理是向一定浓度的氯金酸（HAuCl4）溶液内加入一定量的还原剂，如白磷、过氧化氢、硼氢化钠、抗坏血酸、枸橼酸钠、鞣酸等，使金离子变成金原子，进一步聚合成为特定大小的纳米级的金颗粒。胶体金颗粒由一个基础金核及包围在外的双离子层构成，紧连在金核表面的是内层负离子（AUCl2-)，外层离子层H+则分散在胶体间溶液中，以维持胶体金游离于溶胶间的悬液状态，依靠静电作用形成稳定的胶体溶液。胶体金颗粒的基础金核并非是理想的圆球核，较小的胶体金颗粒基本是圆球形的，较大的胶体金颗粒（一般指大于30nm以上的）多呈椭圆形。在电子显微镜下可观察胶体金的颗粒形态。

胶体金的颜色随其直径由大到小呈现红色到紫色，具有很强的二次电子发射能力。胶体金颗粒的吸收为表面等离子共振吸收，它与金属表面的自由电子运动有关。胶体金在510-560nm可见光谱范围之间有一单一光吸收峰，吸收波长随着金颗粒的直径增大而增大。当粒径从小到大变化时，表观颜色则依次从淡橙色（<5nm)、葡萄酒红色（5-20nm)，向深红色（20-40nm)、蓝色（>60nn）变化。若金颗粒聚集，则吸收峰变宽。根据这一特点，用肉眼观察胶体金的颜色可粗略估计金颗粒的大小。

本实验采用柠檬酸三钠还原法制备在水中分散的胶体金和表面活性剂存在下两相法制备油溶性的硫醇配体保护的金纳米粒子。前者是由Frens在1973年创立的，制备程序很简单，胶体金的颗粒大小较一致，被广为采用。该法一般先将0.01％的HAuC14溶液加热至沸腾，迅速加入一定量的1％柠檬酸三钠水溶液，开始有些蓝色，然后浅蓝、蓝色，再加热出现红色，煮沸7-10min出现透明的橙红色，通过改变氯金酸与柠檬酸三钠浓度之比来控制胶体金的粒径大小。而后者是在四辛基溴化按作用下将水相中的三价金转移到甲苯相，在十二硫醇存在下通过硼氢化钠还原制备十二硫醇保护的金纳米粒子甲苯分散液。同样，也可以通过改变氯金酸与十二硫醇浓度之比控制金纳米粒子的大小。后者，可以获得高浓度的金纳米粒子甲苯分散液。

3．仪器和药品

(1）仪器

250ml三口烧瓶一个；100ml三口烧瓶一个；100ml容量瓶两个；100ml量筒一个；10ml量筒一个；1ml移液管三支；胶头滴管五支；分液漏斗一个；100μl的微量进样器一只；机械电动搅拌器一台；磁力搅拌加热套一台；磁力搅拌子一个；高速离心机一台；紫外一可见分光光度计一台。

(2）药品

氯金酸；甲苯；硼氢化钠；四辛基溴化铵；柠檬酸三钠；无水硫酸钠；超纯水。

4.实验步骤

(1)溶液配制

1)配制1％的氯金酸水溶液。称取lg氯金酸溶解于100ml超纯水中，用100ml容量瓶定容，并4℃避光保存以备用。

2）配制1％的柠檬酸三钠水溶液。称取0.10g柠檬酸三钠溶解于10ml超纯水中。

(2)柠檬酸三钠稳定的胶体金的制备

1)将1ml的1%HAuC14水溶液加入到250ml三口烧瓶中，加水99ml，加热至沸腾。

2）剧烈搅拌下快速加人1一4ml的1％的柠檬酸三钠水溶液，继续加热搅拌巧min，保持微沸。此时可观察到淡黄色的氯金酸水溶液在枸橼酸钠加入后很快变成灰色，继而变成黑色，随后逐渐稳定成红色。全过程约1-5min。记录整个过程中颜色的变化。

3）停止加热，继续搅拌30min后静置，室温下自然冷却，用超纯水恢复至原体积，获得不同尺寸的金纳米粒子。将制得的胶体金存放于棕色瓶里，4℃保存。细心观察各种胶体金的颜色。

(3）十二硫醇稳定的金纳米粒子的制备

1）将5ml的1%HAuCl4水溶液加入到100ml三口烧瓶中，加入含340mg四辛基溴化铵的甲苯溶液12ml，用微量进样器加入40-100μl的十二烷基硫醇，强烈搅拌30min后，观察水层和甲苯层的颜色。

2）在10min内缓慢滴加新鲜配制的硼氢化钠水溶液（60mg,7ml水），反应混合物继续在室温下强烈搅拌2h。记录整个反应过程中颜色的变化。

3）最后用分液漏斗将酒红色甲苯层分离，水洗两次，用无水硫酸钠干燥，获得十二硫醇保护的金纳米粒子甲苯分散液，待用。

(4）金纳米粒子吸收光谱测定

取3ml新制的胶体金水分散液，用超纯水作参比，在紫外一可见分光光度计上，在300-800nm波长范围内扫描，观察吸收波长的位置及峰形。取0.5ml的十二硫醇保护的金纳米粒子甲苯分散液，稀释至3-4mL，用甲苯作参比，在紫外-可见分光光度计上，在300-800nm波长范围内扫描，观察吸收波长的位置及峰形。

5．数据记录及结果分析

(1)数据记录（见表2-3-1)

(2）结果分析

分析不同柠檬酸三钠和十二硫醇用量对制备的金纳米粒子粒径的影响，并比较这两种方法制备金纳米粒子的优缺点。

6．注意事项

1)氯金酸易潮解，应干燥、避光保存。氯金酸对金属有强烈的腐蚀性，因此在配制氯金酸水溶液时，不应使用金属药匙。

2)用于制备金纳米粒子的超纯水应是双蒸馏水或三蒸馏水，或者是高质量的去离子水。

3)用于制备金纳米粒子的玻璃容器必须是绝对清洁的，使用前应先经王水洗涤并用蒸馏水冲净。最好是经硅化处理的，硅化方法是：用5％二氯甲硅烷的氯仿溶液浸泡数分钟，用蒸馏水冲净后干燥备用。否则影响金纳米粒子的稳定性，不能获得预期大小的金颗粒。

4)由于柠檬酸三钠和硼氢化钠的还原剂性质，容易失效，故应使用前新鲜配制。