基於pH計的銀離子檢測方法與流程

2023-08-03 06:20:51 3

本發明屬於重金屬離子化學傳感檢測技術領域，具體涉及一種基於pH計的銀離子檢測方法。

背景技術：

銀離子（Ag+）廣泛應用於攝影、影像、電器、醫藥等領域。但Ag+能通過食物鏈富集於人體，高濃度此種重金屬離子能破壞酶的活性，並可與各種代謝物的胺類、咪唑類、羧基等功能基團結合，嚴重影響、損害人類的健康，甚至導致死亡。目前傳統的Ag+定量檢測方法主要包括原子及紫外吸收光譜法、螢光光譜法、質譜法、電化學生物傳感法、離子選擇性電極法等。然而，這些基於光譜儀、質譜儀和電化學工作站的方法對操作人員要求較高的專業技能，特別是所使用的儀器價格昂貴且體積龐大，導致分析成本較高，且不能用於現場分析及即時檢測（Point-of-Care Testing）。利用選擇性電極的Ag+定量檢測方法儘管具有操作簡單、成本相對經濟等優點，但其主要不足在於檢測靈敏度（μM水平）較低。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基於pH計的銀離子檢測方法。

本發明的思路：使用廉價的pH計（即酸度計）代替光譜儀、質譜儀、電化學工作站等價格昂貴的分析儀器進行信號讀取，降低定量分析的成本；同時，使用具有較大比表面積的超順磁性微米或納米顆粒固定葡萄糖氧化酶，結合Ag+可高效抑制葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應，從而實現目標重金屬離子的高靈敏度定量檢測。

具體步驟為：

步驟一，將Ag+樣本溶液與葡萄糖氧化酶標記的超順磁性微米或納米顆粒懸濁液混合，Ag+將結合到葡萄糖氧化酶的催化活性中心上，製得混合物溶液。

步驟二，向步驟一製得的混合物溶液中加入葡萄糖底物溶液，發生葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應，製得超順磁性微米或納米顆粒複合物，隨後磁場下分離、富集超順磁性微米或納米顆粒複合物至混合物溶液的下層，混合物溶液的上層即為含有葡萄糖的上清液。

步驟三，將步驟二製得的含有葡萄糖的上清液轉移到氯化鉀水溶液中，製得混合溶液，並使用pH計測量混合溶液的pH值，由於Ag+能抑制葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應，所測得pH值的大小與樣本中Ag+的濃度呈負相關，即完成基於pH計的Ag+定量檢測。

所述pH計為臺式pH計、可攜式pH計和可攜式pH筆中的一種。

與現有的Ag+定量檢測方法相比，本發明的突出優點在於：1）Ag+檢測過程極為簡單，未經專業訓練的操作人員也能開展實驗；2）使用價格低廉的pH計進行信號讀取，極大降低分析成本，若使用可攜式pH計或pH筆還能實現樣本的現場分析和即時檢測；3）通過使用超順磁性微米或納米顆粒增加葡萄糖氧化酶的固定化量，著重協同Ag+對葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應的高效抑制作用，顯著提高檢測靈敏度（nM水平）；4）新方法可直接推廣應用於環境監測、食品安全、醫學研究等領域裡各種樣本中Ag+分析物的定量檢測，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明實施例1和實施例2中基於pH計的銀離子檢測方法的原理示意圖。

圖中標記：1—小檢測試管；2—超純水；3—葡萄糖氧化酶標記的超順磁性納米顆粒；3-1—超順磁性納米顆粒；3-2—葡萄糖氧化酶；4—銀離子分析物；5—葡萄糖；6—葡萄糖酸；7—過氧化氫；8—磁鐵；9—含有葡萄糖的上清液；10—大檢測試管；11—氯化鉀水溶液；12—可攜式pH計。

圖2為本發明實施例1中使用基於pH計的銀離子檢測方法分析2000 nM 的Ag+樣本溶液時所得pH值與空白樣（超純水）所得pH值的比較。

圖3為本發明實施例2中使用基於pH計的銀離子檢測方法分析一系列不同濃度的Ag+樣本溶液時所得pH值與實施例1檢測空白樣（超純水）所得pH值的pH差值（∆pH）與Ag+濃度值（CAg+）之間的工作曲線。

具體實施方式

以下實施例將對本發明予以進一步的說明，但並不因此而限制本發明。

實施例1:

使用基於pH計的銀離子檢測方法分析2000 nM 的Ag+樣本溶液和空白樣品（超純水）。

具體實施過程如下：

如圖1所示，本實施例的具體步驟為：步驟一，依次往1.5 mL的塑料檢測試管中加入50 μL 1 mg/mL 葡萄糖氧化酶標記的超順磁性Fe3O4@SiO2核殼納米顆粒（粒徑約為100 nm）懸濁液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水懸浮）和50 μL 2000 nM的硝酸銀（AgNO3）水溶液，輕微震蕩混勻後置於37℃反應50 min，製得混合物溶液；步驟二，繼續往上述混合物溶液中加入100 μL 50 mM的葡萄糖水溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配製），輕微震蕩混勻後置於37℃反應1 h，製得超順磁性納米顆粒複合物，隨後磁場下分離、富集超順磁性納米顆粒複合物至混合物溶液的下層，混合物溶液的上層即為含有葡萄糖的上清液；步驟三，將含有葡萄糖的上清液移入含有1 mL 2.5 mM氯化鉀水溶液的10 mL塑料檢測試管中，並使用可攜式pH計（酸度計）測量混合溶液的pH值，獲得信號pH值，即完成基於pH計的銀離子定量檢測。

根據相同的步驟，檢測分析空白樣，即超純水（電阻率為18.2 MΩ·cm），並使用pH計量測最終混合溶液的pH值，得到空白樣的pH值。從圖2可以看出，與檢測空白樣所得的pH值相比，檢測2000 nM 的Ag+樣本溶液所得的pH值要明顯大得多。這是因為當空白樣中不存在Ag+時，標記在超順磁性Fe3O4@SiO2核殼納米顆粒表面的葡萄糖氧化酶可催化葡萄糖生成大量的葡萄糖酸和過氧化氫，而這兩種酶催化產物在溶液中電離後將產生大量H+離子，從而導致混合產物溶液的pH值很小。另一方面，當檢測2000 nM 的Ag+樣本溶液時，Ag+將結合到標記在超順磁性Fe3O4@SiO2核殼納米顆粒表面的葡萄糖氧化酶的催化活性中心。由於Ag+對葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應的高效抑制作用，沒有葡萄糖酸和過氧化氫產物生成，故最終溶液的pH值很大。圖2中的對比實驗結果表明，基於廉價的可攜式pH計的銀離子檢測方法切實可行。

實施例2:

使用基於pH計的銀離子檢測方法分析濃度範圍為31.3~2000 nM的 Ag+樣本溶液。

具體實施過程如下：

如圖1所示，分析本實施例中每個Ag+樣本溶液的具體步驟為：步驟一，依次往1.5 mL的塑料檢測試管中加入50 μL 1 mg/mL 的葡萄糖氧化酶標記的超順磁性Fe3O4@SiO2核殼納米顆粒（粒徑約為100 nm）懸濁液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水懸浮）和50 μL 某一濃度硝酸銀（AgNO3）水溶液，輕微震蕩混勻後置於37℃反應50 min，製得混合物溶液；步驟二，繼續往上述混合物溶液中加入100 μL 50 mM的葡萄糖水溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配製），輕微震蕩混勻後置於37℃反應1 h，製得超順磁性納米顆粒複合物，隨後磁場下分離、富集超順磁性納米顆粒複合物至混合物溶液的下層，混合物溶液的上層即為含有葡萄糖的上清液；步驟三，將上清液（含有葡萄糖酸和過氧化氫混合產物）移入含有1 mL 2.5 mM氯化鉀水溶液的10 mL塑料檢測試管中，最後使用可攜式pH計（酸度計）量測混合溶液的pH值，獲得信號pH值，即完成基於pH計的銀離子定量檢測。將所有Ag+樣本溶液的信號pH值分別減去實施例1中檢測空白樣所得空白pH值的pH改變值（∆pH）對Ag+濃度值（CAg+）作圖（圖3），即完成基於pH計的銀離子定量檢測。

由圖3可知，隨著Ag+濃度的增加，相應的∆pH值逐漸增大。這是因為，當樣本溶液中Ag+濃度較大時，有較多的標記在超順磁性Fe3O4@SiO2核殼納米顆粒表面的葡萄糖氧化酶的催化活性中心被Ag+結合。由於Ag+對葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應的高效抑制作用，更少的葡萄糖酸和過氧化氫產物被生成，故它們電離後產生的H+的數量也更少，使得最終混合產物溶液的pH值較大，導致與空白pH值之間的差值，即∆pH較大。此外，圖3顯示，∆pH值與Ag+濃度值在31.3 ~ 2000 nM範圍內呈現良好的線性關係。檢測下限估算約為22.8 nM（S/N=3）。而利用選擇性電極的傳統Ag+定量檢測方法的檢測下限高達1000 nM。基於pH計的銀離子檢測方法表現出更好的檢測靈敏度主要歸因於使用微米或納米顆粒增加了葡萄糖氧化酶的固定化量，同時協同了Ag+分析物對葡萄糖氧化酶-葡萄糖生物催化反應的高效抑制作用。