一種採用比色法檢測汞離子的方法

2023-12-10 05:20:21 2

一種採用比色法檢測汞離子的方法
【專利摘要】本發明的目的是提供一種採用比色法檢測汞離子的方法，該方法採用比色法檢測汞離子，葉酸銀溶液在與汞離子混合1-3小時後，產生螢光發射，具有良好的靈敏度和選擇性，探針靈敏度高、選擇性好，檢測限低。不需要大型儀器，通過裸眼觀察或測試其光譜，即可識別檢測結果。
【專利說明】—種採用比色法檢測汞離子的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於納米檢測【技術領域】，具體涉及一種銀納米顆粒作為比色與螢光探針檢測汞離子的方法。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的快速發展，大量未經處理的廢水、廢渣被排入江河及湖泊中，造成水體受到汙染。經檢驗其汙染物主要是重金屬離子，對於重金屬離子(汞Hg2+ jgPb2+ ^gCd2+ ;銅Cu2+)，特別是汞、鎘、鉛、銅等具有顯著的生物毒性。它們在水體中不能被微生物降解，只能發生各種化學形態相互轉化和遷移。在進入環境或生態系統後就會存留、積累和遷移，造成危害。其中，汞是環境中普遍存在的高毒性、對人類健康有極大影響的有害物質。從生理學上講，金屬汞的蒸汽和有機汞的衍生物(如甲基汞)對人類的腦和其它相關的身體機能的很多方面都會產生有害的影響。無機汞可以被環境中的細菌轉化成甲基汞，這種形式的汞汙染會通過食物鏈傳遞給或聚集在更高一級的有機生物體。並且無機汞能損害人類的心臟、腎、胃、腸等器官。水溶性的二價汞離子(Hg2+)是各種形式的汞汙染物質中最普遍且最穩定的一種，它是水環境和土壤汙染的主要方式。因此，環境中的水溶性的Hg2+的檢測和監測是必要的。傳統的方法例如電感偶合等離子體法用於檢測汞離子，通常是高消耗、不能便攜、需要複雜的儀器分析。因此，實現環境領域或生物體中的汞離子的實時檢測以及原位快速檢測，並且達到較高的靈敏度具有十分重要意義和可觀的應用前景。
[0003]近年來，研究人員以開發簡單有效的Hg2+檢測器件為目標，一批具有高靈敏高選擇性的器件，分別是基於金、銀納米顆粒，螢光基團，DNA或DNA酶，聚合物材料和蛋白質等。在這些器件中，許多器件的檢測元素是建立在基於包含胸腺嘧啶(T)的核苷酸鏈中存在的胸腺嘧啶錯配結構的，利用錯配的胸腺嘧啶可以與Hg2+形成穩定的結構來檢測 Hg2+[LiuCW, HsiehYT, HuangCC, LinZH, ChangHT, Chem.Comm.2008，2242 -4; WangH, WangYX, JinJY, YangRH, Anal.Chem.2008，80，9021 - 9028; YeBC, YinBC, Angew.Chem.1nt.Ed.2008，47，8386 - 9;YuCJjChengTLjTsengWLjBiosensorsandBioelectronicS，2009, 25，204-210.]。但是，利用核酸或酶作為檢測元素是非常昂貴的，而且在器件的製備過程中也是複雜和耗時的，利用這種技術是很難實現普遍應用的。並且，美國環境保護局(EPA)發布的飲用水中允許含無機汞離子的最高含量為2ppb (IOnM)。這個標準低於許多檢測器件的最低檢測限，是許多檢測器件達不到的。因此，對環境的監測需要設計即靈敏、方便操作又經濟的器件。
[0004]銀納米顆粒溶液具有鮮亮的顏色，由於銀納米顆粒的表面等離子體共振的性質，銀納米顆粒的大小、顆粒間的距離以及分散的狀態變化可以通過紫外-可見光譜檢測到，宏觀表現在溶液的顏色變化，可以裸眼觀察到，因此，是理想的檢測器件。在本發明中，我們研究了一種利用葉酸功能化的銀納米顆粒作為比色與螢光探針來檢測重金屬離子的方法。並且此方法是通過簡單的一次性綠色合成路線，具備成本低合成容易的特點，並可以快速定量檢測汞離子，具有高靈敏度和選擇性。
【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於包括以下步驟:
[0006]步驟一，葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)的合成:
[0007]將30 μ L的2Μ的AgNO3溶液與50mL自來水混合加熱至沸騰，在磁力攪拌的條件下，加入2mL的0.6%葉酸水溶液和ImL0.1M的抗壞血酸水溶液製得混合溶液，所述混合溶液的顏色由無色變為深紅色，沸騰IOmin之後，冷卻到室溫，在10000轉的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)，所製得的FA-AgNPs濃度為40?60nM ；
[0008]步驟二，檢測向步驟一所製備的FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5MNaCl溶液混合作為檢測探針，將不同濃度的汞離子溶液分別與所製得的檢測探針混合，通過紫外-可見光譜，FA-AgNPs的吸收峰可出現藍移現象。
[0009]步驟一中所製得的FA-AgNPs在414nm和531nm處分別有一個吸收峰。
[0010]步驟二中汞離子溶液的濃度為1ηΜ_50μΜ。
[0011 ] 所述檢測探針檢測Hg2+可達到InM。
[0012]本發明具有如下優點:
[0013]1、本發明提供的比色、螢光檢測探針靈敏度高、選擇性好，檢測限低。
[0014]2、不需要大型儀器，通過裸眼觀察或測試其光譜，即可識別檢測結果。
[0015]3、本發明易製備和保存；在4°C條件下可保存8?15個月不發生變化。
[0016]4、本發明所用試劑和操作過程均無毒副作用。
[0017]5、本發明方法簡單、快速、易操作，可進行現場原位快速檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為FA-AgNPs與加入50 μ MHg2+溶液的FA-AgNPs的紫外-可見吸收光譜；
[0019]圖2為FA-AgNPs的透射電鏡照片；
[0020]圖3為加入50 μ MHg2+溶液的FA-AgNPs的透射電鏡照片；
[0021]圖4為FA - AgNPs為比色檢測探針的吸收比率Α531/414與Hg2+濃度(0.001-1 μ Μ)的線性關係；
【具體實施方式】
[0022]葉酸功能化的銀納米顆粒通過比色與螢光檢測的方法，可檢測出水溶液樣品中含有的微量的重金屬離子Hg2+。
[0023]—、葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)的合成:
[0024]將30 μ L的2Μ的AgNO3溶液與50mL水混合加熱至沸騰，在磁力攪拌的條件下，加入2mL的0.6%葉酸水溶液(pH在11 一 12之間)和ImL的0.1M抗壞血酸水溶液，混合溶液的顏色由無色變為深紅色，沸騰IOmin之後，冷卻到室溫，在10000轉的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)。[0025]將所製備的FA-AgNPs進行紫外-可見光譜測試，從附圖1中可觀察到FA-AgNPs在414nm和531nm處分別有一個吸收峰,在414nm處的吸收峰是Ag納米顆粒的特徵吸收，而在531nm處是由於FA-AgNPs聚集形成鏈狀而引起的表面等離子體共振吸收峰。通過其透射電鏡TEM照片(附圖2)可以看到呈鏈狀的FA-AgNPs。
[0026]二、比色法檢測汞離子(Hg2+)
[0027]當FA-AgNPs中加入等量的50 μ MHg2+溶液後，測試其紫外-可見光譜，從圖中可以看出，FA-AgNPs的吸收峰出現了藍移現象，並且吸收峰的強度明顯減弱，其吸收峰的變化是由於加入了 Hg2+而導致的，這是因為葉酸功能化的銀納米顆粒表面的氨基、羧基基團與Hg2+之間形成了穩定的配位結構，這種結構的存在導致銀納米顆粒之間的距離發生了變化，銀納米顆粒出現了明顯的聚集狀態。樣品的TEM照片圖3進一步證明了 FA-AgNPs的聚集，形成了 FA-AgNPs的堆積狀態。由此得出FA-AgNPs對Hg2+具有一定的響應，這些響應可以通過紫外-可見光譜、裸眼觀察，證明該方法對Hg2+的檢測。
[0028]1、檢測靈敏度
[0029]為了提高FA-AgNPs檢測探針的靈敏度，加入了 NaCl溶液改變溶液的離子強度。我們向FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5Μ的NaCl溶液作為檢測探針。配製不同濃度(1ηΜ-50 μ Μ)的汞離子溶液分別與FA-AgNPs檢測探針混合。觀察其顏色變化並進行紫外-可見光譜測試。隨著Hg2+濃度的增大，混合溶液的顏色由深紅色逐漸變為淺黃色，當50 μ M的Hg2+溶液加入後，混合溶液的顏色幾乎無色透明，這是由於引入Hg2+之後，使FA-AgNPs顆粒聚集而導致的顏色發生改變。對其進行紫外-可見光譜測試，從光譜圖中我們觀察到，隨著Hg2+濃度的增大，FA-AgNPs的吸收峰逐漸出現藍移現象，吸收峰的強度也逐漸減弱。通過裸眼觀察和紫外檢測可以得出FA-AgNPs對Hg2+具有較高的靈敏度。從附圖4中可以得出葉酸功能化的銀納米顆粒作為比色檢測探針的吸收比率『/414與Hg2+濃度在InM -1 μ M之間有良好的線性關係，因此，葉酸功能化的銀納米顆粒作為比色檢測探針對Hg2+的檢測限可達到InM。
[0030]2、選擇性
[0031 ]相同條件下，分別配製 50 μ M 的 Pb2+，Cu2+，Mg2+，Zn2+，Ni2+，Co2+，Ca2+，Mn2+，Fe2+，Mg2+，Cr3+，Cr6+，Cd2+和Ba2+作為其它離子溶液，分別與FA-AgNPs檢測探針混合。觀察其顏色變化並進行紫外-可見光譜測試。其它離子與FA-AgNPs的混合溶液的顏色仍保持紅色，而加入Hg2+的混合溶液的顏色由紅色變為無色。通過混合溶液顏色的變化可以看出FA-AgNPs對Hg2+的選擇性。測試各反應溶液的紫外-可見光譜，從光譜圖中我們可以看到Hg2+混合溶液的吸收光譜比較其它離子混合溶液的吸收光譜出現了明顯的藍移現象，並且吸收峰的強度明顯降低。這可以進一步證明出FA-AgNPs對Hg2+具有較好的選擇性。
[0032]經過靈敏度和選擇性的實驗研究，證明葉酸功能化的納米銀顆粒可以用為比色檢測探針檢測Hg2+，檢測限可達到InM。
[0033]實施例1:
[0034]為了提高FA-AgNPs檢測探針的靈敏度，加入了 NaCl溶液改變溶液的離子強度。我們向5mL的FA-AgNPs中加入75 μ L的0.1MNaCl溶液作為檢測探針。配製汞離子的濃度為1ηΜ、10ηΜ、50ηΜ、100ηΜ、500ηΜ、1μ Μ、2 μ Μ、3 μ Μ、4 μ Μ、5 μ Μ、10 μ Μ、15 μ Μ、20μ Μ、50μ M 溶液，分別與等量的FA-AgNPs檢測探針混合。觀察其顏色變化並進行紫外測試。從照片中可以看到，隨著Hg2+濃度的增大，混合溶液的顏色由深紅色逐漸變為淺黃色，當50 μ M的Hg2+溶液加入後，混合溶液的顏色幾乎無色透明，這是由於引入Hg2+之後，使FA-AgNPs聚集而導致的顏色發生改變。對其進行紫外-可見光譜測試，從光譜圖中我們觀察到，隨著Hg2+濃度的增大，FA-AgNPs的吸收峰逐漸出現藍移現象，吸收峰的強度也逐漸減弱。通過裸眼觀察和紫外檢測可以得出FA-AgNPs對Hg2+具有較高的靈敏度。
[0035]應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一，葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)的合成: 將30 μ L的2Μ的AgNO3溶液與50mL自來水混合加熱至沸騰，在磁力攪拌的條件下，加入2mL的0.6%葉酸水溶液和ImL的0.1M抗壞血酸水溶液製得混合溶液，所述混合溶液的顏色由無色變為深紅色，沸騰IOmin之後，冷卻到室溫，在10000轉的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)，所製得的FA-AgNPs濃度為40?60nM ； 步驟二，檢測 向步驟一所製備的FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5MNaCl溶液混合作為檢測探針，將不同濃度的汞離子溶液分別與所製得的檢測探針混合，通過紫外-可見光譜，FA-AgNPs的吸收峰可出現藍移現象。
2.如權利要求1所述的一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於所述葉酸水溶液的pH在11一 12之間。
3.如權利要求1所述的一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於步驟一中所製得的FA-AgNPs在414nm和531nm處分別有一個吸收峰。
4.如權利要求1所述的一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於步驟二中汞離子溶液的濃度為1ηΜ-50 μ Mo
5.如權利要求1所述的一種採用比色法檢測汞離子的方法，其特徵在於所述檢測探針檢測Hg2+可達到InM。
【文檔編號】G01N21/78GK103808717SQ201410051728
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月14日 優先權日:2014年2月14日
【發明者】柴芳, 蘇東悅, 吳紅波, 楊馨, 張琪, 王軍海, 王旭 申請人:哈爾濱師範大學