一種檢測汞離子的納米金比色法的製作方法

2023-12-10 05:25:46

專利名稱：一種檢測汞離子的納米金比色法的製作方法
技術領域：
本發明屬於分析化學領域，具體涉及一種使用納米金作為信號元件，巰基乙胺作為特異性識別元件的檢測水溶液中汞離子的化學比色法。
背景技術：
汞是一種對人類健康影響很大的汙染物，汞及其化合物可通過呼吸道、皮膚或消化道等不同途徑侵入人體。人類活動造成水體汞汙染，主要來自氯鹼、塑料、電池、電子等工業排放的廢水。汞有三種價態，其中水體中汞主要以二價形式存在。目前汞的檢測主要依賴於分析儀器，如高效液相色譜、感應耦合等離子體質譜以及原子吸收光譜等。
現有技術公開了一些檢測水中汞離子濃度的方法，如利用胸腺嘧啶-胸腺嘧啶鹼基錯配與汞離子之間的特異性識別的電化學檢測方法、基於汞離子特異性寡核苷酸探針和納米金的試劑盒等，但均存在檢測方法複雜，再現性不高及成本高等缺點。納米金顆粒是指粒徑在f 100納米之間的金顆粒。常以金顆粒分散在水中所形成的金溶膠進行應用，故又稱膠體金或金溶膠。近年來，納米金顆粒作為一種新型的材料，憑藉其獨特的物理化學特性，如高比表面積、高表面反應活性、強吸附性等，在材料科學、臨床醫學、生命科學等領域均獲得廣泛的應用。13納米直徑的金顆粒的吸光係數為2. 7 X IO8M-1 cm-1,比傳統的有機發色團大了 3個數量級。另外，分散在溶液中的納米金在發生聚集之後，顏色會從紅色變成藍色。因此，在比色分析法中，納米金是一種理想的顏色信號元件。已公開的利用納米金作為檢測汞離子信號元件的技術方案中，大多採用胸腺嘧啶作為信號識別元件，或者實驗室自己合成的類似胸腺嘧啶的化合物，具有檢測成本高，方法繁瑣複雜的不足。如本申請人早先的一項中國申請201110052259. 7公開了一種能夠簡單廉價地檢測水溶液中汞離子的比色分析法。其也是利用了納米金具有高吸光係數的特點，將納米金作為信號元件，並利用吡啶能夠誘導納米金聚集，也能與汞離子形成絡合物的特性，因此將吡啶作為特異性識別元件。但是上述方法中吡啶毒性高，吸入、攝取或皮膚接觸可導致男性生育能力降低，也可致癌。且上述方法中是加入過量的吡啶，溶液中存在汞離子時抑制聚集。此外，上述方法的耐鹽度不高，不利於環境樣品檢測，也不利於推廣應用。因此，申請人在此基礎上繼續展開專項研究，試圖找到一種理想的特異性識別元件，以優化上述比色分析法。有鑑於此，特提出本發明。

發明內容
本發明的目的是提供一種檢測水溶液中汞離子的簡單快捷的比色分析法。此方法使用巰基乙胺作為汞離子的特異性識別元件，納米金作為信號元件。為實現發明目的，本發明採用如下技術方案
一種簡單快捷的檢測汞離子的納米金比色法，具體包括如下步驟
(I)採用檸檬酸鈉還原氯金酸製得酒紅色納米金溶液，(2)向步驟(I)中得到的納米金溶液中加入巰基乙胺溶液對納米金進行修飾；
(3)向修飾後的納米金溶液中加入緩衝溶液進行pH的調節，使納米金表面的氨基呈-NH2態,利於形成N-Hg2+-N結構；
(4)向步驟(3)中得到的納米金溶液中加入待測汞離子溶液，混勻，使納米金表面銨根和二價汞離子形成N-Hg2+-N結構，納米金髮生聚集，15-25分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E65(i/E52(i作為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線。本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟(I)中檸檬酸鈉還原法製備的納米金的濃度為1.8-2. 5 nmol/L，納米金的粒徑為13±2 nm。優選納米金的濃度為2nmol/L，納米金的粒徑為13nm。具體納米金溶液的製備可以採用現有技術公開的製備方法，如中國申請201110052259. 7所公開的，本發明對此不作特別限定。 本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟(2)中巰基乙胺溶液的濃度為9-12. 5 mmol/L。所述修飾後的納米金溶液中，巰基乙胺與納米金的終濃度比為40:1-60:1，優選 50:1。本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟(2)中修飾時間為10-15小時，優選12小時。本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟(3)中，所述的緩衝液為磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩衝溶液，該緩衝液的濃度及具體用量為本領域技術人員所理解和掌握，具體以最終將納米金溶液調至PH為7-8為準。但作為本發明優選的一種實施方式，可以採用緩衝溶液濃度為O. 18-0. 25 mol/L，優選O. 2 mol/L，其加入量視納米金溶液的pH而定，具體應當不超過納米金體積的5%。本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟(3)中加入緩衝溶液將納米金溶液的PH調至7-8，優選7. 5。本發明所述的檢測汞離子的納米金比色法中，所述步驟4中，待測汞離子溶液的加入量為納米金溶液體積的1:50-1:200，優選1:100。更具體的，本發明所述檢測汞離子的納米金比色法包括如下步驟
(1)採用檸檬酸鈉還原氯金酸製得酒紅色納米金溶液，納米金的濃度為I.8-2. 5 nmol/L,納米金的粒徑為13±2 nm ；
(2)向步驟(I)中得到的納米金溶液中加入9-12.5mmol/L巰基乙胺溶液對納米金進行修飾；其中，巰基乙胺溶液中巰基乙胺與納米金的摩爾比為40:1- 60:1，修飾時間為10-15小時；
(3)向修飾後的納米金溶液中加入緩衝溶液進行pH的調節，將pH值調至7-8，便於形成N-Hg2+-N的結構；所述的緩衝液為磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩衝溶液；
(4)向步驟(3)中得到的納米金溶液中加入待測汞離子溶液，混勻，15-25分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E65tZE52tl作為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線。本發明採用檸檬酸鈉還原法將氯金酸還原，製得酒紅色納米金溶液，再將一定濃度的汞溶液加入到納米金溶液中。由於加入的汞濃度很低(小於I mmol/L)，納米金顏色沒有發生變化。因此，本發明再將一定濃度的巰基乙胺溶液加入氯金酸還原製得的納米金溶液，放置一段時間後調節pH。此時修飾在納米金表面的巰基乙胺與汞離子生成配合物，誘導納米金髮生聚集，導致溶液顏色發生變化。由於顏色的變化與汞離子的濃度有關，因此能夠用於檢測水體中的二價汞離子濃度。本發明所述方法中巰基乙胺商業上可以買得到，毒性小，用量少，僅在納摩爾級另IJ。此外，本發明因為有巰基乙胺修飾納米金，可以保護納米金不受鹽濃度過高的影響，使檢測結果更精準，可靠，本發明操作簡單，可推廣性強。


圖I為(a) 13 nm納米金的透射電鏡圖。圖2為(b)巰基乙胺修飾後納米金的透射電鏡圖。圖3為(C) 13 nm納米金聚集後的透射電鏡圖。
圖4為向巰基乙胺修飾後的13 nm納米金溶液中分別加入不同濃度二價汞離子，20min後測得的紫外可見光譜；萊離子濃度依次為(a) O μ mol /L ； (b) I μ mol/L ； (c) 2μ mol/L ； (d) 5 μ mol/L ； (e) 7 μ mol/L ； (f) 8 μ mol/L ； (g) 9 μ mol/L ； (h) 10 μ mol/L ；(i) 25 μ mol/L (j) 50 μ mol/L ；(k) 100 μ mol/L。圖5為汞離子的標準曲線。
具體實施例方式實施例I
(I)納米金的製備
納米金採用檸檬酸鈉還原氯金酸法製得(其透射電鏡圖見圖I)。首先，所有玻璃儀器都需要使用王水浸泡以除去玻璃容器中殘留的還原性物質。準確稱取HAuCl4. 4H20 0.0123g於250 mL三口燒瓶中，然後三口燒瓶中加入100 mL水。劇烈攪拌，加熱沸騰回流。準確稱取二水合朽1檬酸鈉0. 2849 g於25 mL容量瓶中。取一定量的朽1檬酸鈉溶液,水浴加熱到70 °C後快速加入燒瓶。15分鐘後溶液從無色到紫灰色最後為酒紅色，繼續加熱10分鐘後停止加熱，繼續攪拌10分鐘後冷卻到室溫。納米金的大小與加入的檸檬酸鈉的量有關。(2)納米金的修飾
取一定體積的納米金(2. 2 nmol/L)與一定體積的巰基乙胺(10 nmol/L)溶液混合,使納米金與巰基乙胺的最終濃度分別為2 nmol /L與0. I nmol/L (濃度比為1:50)，再靜止放置10小時進行修飾，即得到巰基乙胺修飾的納米金溶液(其透射電鏡圖見圖2)。(3)調節巰基乙胺修飾後納米金溶液的pH
發明人發現巰基乙胺捕捉二價汞離子的能力與PH有關，當pH在7. 5時，CA-Au NPs顆粒表面的NH2互相之間發生Hg2+介導的配對，形成N-Hg2+-N結構，拉近納米金顆粒之間的距離，導致納米金顆粒的聚集(聚集後透射電鏡圖見圖3)，顏色由酒紅色變為紫色。因此在檢測汞離子之前需要加入0.2 mol/L的pH 7_8磷酸緩衝溶液，調節溶液pH環境，緩衝溶液加入的量不超過納米金溶液體積的5%。本實施例中所述磷酸緩衝溶液是指磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉混合配製成的緩衝溶液，濃度為0. 2mol/L，緩衝溶液的加入量不超過納米金溶液體積的5%。(4)汞離子的檢測向步驟(3)中製得的納米金溶液中分別加入一定濃度的汞離子溶液，20分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜(見圖4)。然後使用吸光度比值E65(i/E52(i作為縱坐標，汞離子濃度作為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線(見圖5)。圖4是在I ml的納米金溶液中加入10 μ L的不同濃度的二價汞離子的紫外可見光譜圖濃度依次為(a)0 μ mol /L ； (b) I μ mol/L ； (c)2 μ mol/L ； (d)5 μ mol/L ； (e)7μ mol/L ； (f)8 μ mol/L ； (g)9 μ mol/L ； (h) 10 μ mol/L ； (i) 25 μ mol/L (j)50 μ mol/L ； (k) 100 μ mol/L ;隨著萊離子濃度的增大,在650nm附近的吸收峰越來越大,而在520nm處的峰逐漸下降，因此本發明選用E65(i/E52(i的比值為縱坐標作圖，比值越大表示聚集的程度越大，也就是汞離子濃度越大。圖5是跟據向納米金溶液中加入不同濃度的二價汞離子溶液(1-100 μ mol/L )後測得的紫外可見光譜後，以吸光度比值e65(i/e52(i作為縱坐標，汞離子濃度作為橫坐標，繪製的標準曲線。插圖為濃度1-10 μ mol/L的二價汞離子。可以看到，隨著汞離子的濃度增大，E65tZE52tl比值越大，表示納米金的聚集程度越大。因此，本發明可以根據E65(i/E52(i的比值對汞離子進行定量檢測。實施例2
與實施例I相比，區別點僅在於向巰基乙胺修飾後的13 nm納米金溶液中分別加入不同濃度二價汞離子，20min後測得的紫外可見光譜；汞離子濃度依次為(a)0 ymol/L；(b)I μ mol/L; (c) 2 μ mol/L ； (d) 5 μ mol/L ； (e) 7 μ mol/L ； (f) 8 μ mol/L ； (g) 9 μ mol/L ； (h) 10 μ mol/L ； (i) 25 μ mol/L (j) 50 μ mol/L ； (k) 100 μ mol/L ；
圖5為依據圖4繪製的汞離子的標準曲線。實施例3
與實施例I相比，區別點僅在於，本實施例中
(I)採用檸檬酸鈉還原氯金酸製得酒紅色納米金溶液，納米金的濃度為1.8 nmol/L,納米金的粒徑為11 nm ;
(2)向步驟(I)中得到的納米金溶液中加入9mmol/L巰基乙胺溶液對納米金進行修飾；其中，巰基乙胺溶液中巰基乙胺與納米金的摩爾比為40:1，修飾時間為15小時；
(3)向修飾後的納米金溶液中加入緩衝溶液進行pH的調節，將pH值調至7，便於形成N-Hg2+-N的結構；所述的緩衝液為0. 18 mol/L的磷酸緩衝溶液。(4)向步驟(3)中得到的納米金溶液中加入待測汞離子溶液，混勻，15分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E65tZE52tl作為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線。實施例4
與實施例I相比，區別點僅在於，本實施例中
(I)採用檸檬酸鈉還原氯金酸製得酒紅色納米金溶液，納米金的濃度為2. 5 nmol/L,納米金的粒徑為15 nm ；
(2)向步驟(I)中得到的納米金溶液中加入12.5 mmol/L巰基乙胺溶液對納米金進行修飾；其中，巰基乙胺溶液中巰基乙胺與納米金的摩爾比為60:1，修飾時間為12小時；
(3)向修飾後的納米金溶液中加入緩衝溶液進行pH的調節，將pH值調至8，便於形成N-Hg2+-N的結構；所述的緩衝液為濃度為0. 25 mol /L的磷酸緩衝溶液；(4)向步驟(3)中得到的納米金溶液中加入待測汞離子溶液，混勻，25分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E65tl/E52tl作為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線。 本發明基於巰基乙胺的比色法實驗操作簡單，快速便捷，不需要昂貴的帶巰基的DNA,降低了實驗成本，並且無需任何大型儀器，可直接肉眼觀察，或使用實驗室常用的紫外可見分光光度計。本發明修飾的納米金比較穩定，抵抗高濃度鹽離子的能力更強，受到外界 因素的幹擾小，適宜推廣應用。
權利要求
1.一種檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，使用納米金作為信號元件，並且使用巰基乙胺作為汞離子的特異性識別元件。
2.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，具體包括如下步驟 (1)採用檸檬酸鈉還原氯金酸製得酒紅色納米金溶液； (2)向步驟(I)中得到的納米金溶液中加入巰基乙胺溶液對納米金進行修飾； (3)向修飾後的納米金溶液中加入緩衝溶液進行pH的調節，使納米金表面的氨基呈-NH2態,利於形成N-Hg2+-N結構； (4)向步驟(3)中得到的納米金溶液中加入待測汞離子溶液，混勻，使納米金表面銨根和二價汞離子形成N-Hg2+-N結構，納米金髮生聚集，15-25分鐘後檢測溶液的紫外可見光譜，得到不同濃度汞離子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E65(i/E52(i作為縱坐標，汞離子濃度為橫坐標，繪製汞離子的標準曲線。
3.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(I)中檸檬酸鈉還原法製備的納米金的濃度為1.8-2. 5 nmol/L，納米金的粒徑為13±2 nm。
4.根據權利要求3所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(I)中檸檬酸鈉還原法製備的納米金的濃度為2 nmol/L，納米金的粒徑為13 nm。
5.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(2)中巰基乙胺溶液的濃度為9-12. 5 mmol/L。
6.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(2)修飾後的納米金溶液中，巰基乙胺與納米金的終濃度為40:1-60: 1，優選50:1。
7.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(2)中修飾時間為10-15小時，優選12小時。
8.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(3)中，所述的緩衝液為磷酸氫二鈉-磷酸二氫鈉緩衝溶液。
9.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟(3)中加入緩衝溶液將納米金溶液的PH值調至7-8，優選7. 5。
10.根據權利要求I所述的檢測汞離子的納米金比色法，其特徵在於，所述步驟4中，待測汞離子溶液的加入量為納米金溶液體積的1:50-1:200，優選1:100。
全文摘要
本發明公開了一種簡單快捷地檢測水溶液中汞離子的比色分析法。本發明利用了納米金具有高吸光係數的特點，將納米金作為顯色信號元件，同時將巰基乙胺作為特異性識別元件。發展出一種具有成本低、操作簡單、方便快捷的特點的比色分析法。本發明修飾的納米金比較穩定，抵抗高濃度鹽離子的能力更強，受到外界因素的幹擾小，適宜推廣應用。
文檔編號G01N21/78GK102944557SQ20121048616
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者田丹碧, 馬玉潔, 黃和, 宋榮斌, 梅亞軍, 許智玲 申請人:南京工業大學