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一種采用比色法檢測汞離子的方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種采用比色法檢測汞離子的方法，該方法采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(shí)后，產(chǎn)生熒光發(fā)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(shí)別檢測結(jié)果。
【專利說明】—種采用比色法檢測汞離子的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種銀納米顆粒作為比色與熒光探針檢測汞離子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量未經(jīng)處理的廢水、廢渣被排入江河及湖泊中，造成水體受到污染。經(jīng)檢驗(yàn)其污染物主要是重金屬離子，對于重金屬離子(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(fā)生各種化學(xué)形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和遷移。在進(jìn)入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后就會(huì)存留、積累和遷移，造成危害。其中，汞是環(huán)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(zhì)。從生理學(xué)上講，金屬汞的蒸汽和有機(jī)汞的衍生物(如甲基汞)對人類的腦和其它相關(guān)的身體機(jī)能的很多方面都會(huì)產(chǎn)生有害的影響。無機(jī)汞可以被環(huán)境中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成甲基汞，這種形式的汞污染會(huì)通過食物鏈傳遞給或聚集在更高一級(jí)的有機(jī)生物體。并且無機(jī)汞能損害人類的心臟、腎、胃、腸等器官。水溶性的二價(jià)汞離子(Hg2+)是各種形式的汞污染物質(zhì)中最普遍且最穩(wěn)定的一種，它是水環(huán)境和土壤污染的主要方式。因此，環(huán)境中的水溶性的Hg2+的檢測和監(jiān)測是必要的。傳統(tǒng)的方法例如電感偶合等離子體法用于檢測汞離子，通常是高消耗、不能便攜、需要復(fù)雜的儀器分析。因此，實(shí)現(xiàn)環(huán)境領(lǐng)域或生物體中的汞離子的實(shí)時(shí)檢測以及原位快速檢測，并且達(dá)到較高的靈敏度具有十分重要意義和可觀的應(yīng)用前景。
[0003]近年來，研究人員以開發(fā)簡單有效的Hg2+檢測器件為目標(biāo)，一批具有高靈敏高選擇性的器件，分別是基于金、銀納米顆粒，熒光基團(tuán)，DNA或DNA酶，聚合物材料和蛋白質(zhì)等。在這些器件中，許多器件的檢測元素是建立在基于包含胸腺嘧啶(T)的核苷酸鏈中存在的胸腺嘧啶錯(cuò)配結(jié)構(gòu)的，利用錯(cuò)配的胸腺嘧啶可以與Hg2+形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)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，而且在器件的制備過程中也是復(fù)雜和耗時(shí)的，利用這種技術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用的。并且，美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)發(fā)布的飲用水中允許含無機(jī)汞離子的最高含量為2ppb (IOnM)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)低于許多檢測器件的最低檢測限，是許多檢測器件達(dá)不到的。因此，對環(huán)境的監(jiān)測需要設(shè)計(jì)即靈敏、方便操作又經(jīng)濟(jì)的器件。
[0004]銀納米顆粒溶液具有鮮亮的顏色，由于銀納米顆粒的表面等離子體共振的性質(zhì)，銀納米顆粒的大小、顆粒間的距離以及分散的狀態(tài)變化可以通過紫外-可見光譜檢測到，宏觀表現(xiàn)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(fā)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熒光探針來檢測重金屬離子的方法。并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(diǎn)，并可以快速定量檢測汞離子，具有高靈敏度和選擇性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于包括以下步驟:
[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的抗壞血酸水溶液制得混合溶液，所述混合溶液的顏色由無色變?yōu)樯罴t色，沸騰IOmin之后，冷卻到室溫，在10000轉(zhuǎn)的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質(zhì)重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)，所制得的FA-AgNPs濃度為40?60nM ；
[0008]步驟二，檢測向步驟一所制備的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制得的檢測探針混合，通過紫外-可見光譜，F(xiàn)A-AgNPs的吸收峰可出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。
[0009]步驟一中所制得的FA-AgNPs在414nm和531nm處分別有一個(gè)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(dá)到InM。
[0012]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]1、本發(fā)明提供的比色、熒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(shí)別檢測結(jié)果。
[0015]3、本發(fā)明易制備和保存；在4°C條件下可保存8?15個(gè)月不發(fā)生變化。
[0016]4、本發(fā)明所用試劑和操作過程均無毒副作用。
[0017]5、本發(fā)明方法簡單、快速、易操作，可進(jìn)行現(xiàn)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(guān)系；
【具體實(shí)施方式】
[0022]葉酸功能化的銀納米顆粒通過比色與熒光檢測的方法，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?yōu)樯罴t色，沸騰IOmin之后，冷卻到室溫，在10000轉(zhuǎn)的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質(zhì)重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)。[0025]將所制備的FA-AgNPs進(jìn)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(gè)吸收峰,在414nm處的吸收峰是Ag納米顆粒的特征吸收，而在531nm處是由于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(dāng)FA-AgNPs中加入等量的50 μ MHg2+溶液后，測試其紫外-可見光譜，從圖中可以看出，F(xiàn)A-AgNPs的吸收峰出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象，并且吸收峰的強(qiáng)度明顯減弱，其吸收峰的變化是由于加入了 Hg2+而導(dǎo)致的，這是因?yàn)槿~酸功能化的銀納米顆粒表面的氨基、羧基基團(tuán)與Hg2+之間形成了穩(wěn)定的配位結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的存在導(dǎo)致銀納米顆粒之間的距離發(fā)生了變化，銀納米顆粒出現(xiàn)了明顯的聚集狀態(tài)。樣品的TEM照片圖3進(jìn)一步證明了 FA-AgNPs的聚集，形成了 FA-AgNPs的堆積狀態(tài)。由此得出FA-AgNPs對Hg2+具有一定的響應(yīng)，這些響應(yīng)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?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)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。配制不同濃度(1ηΜ-50 μ Μ)的汞離子溶液分別與FA-AgNPs檢測探針混合。觀察其顏色變化并進(jìn)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?yōu)闇\黃色，當(dāng)50 μ M的Hg2+溶液加入后，混合溶液的顏色幾乎無色透明，這是由于引入Hg2+之后，使FA-AgNPs顆粒聚集而導(dǎo)致的顏色發(fā)生改變。對其進(jìn)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，F(xiàn)A-AgNPs的吸收峰逐漸出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，吸收峰的強(qiáng)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(guān)系，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(dá)到InM。
[0030]2、選擇性
[0031 ]相同條件下，分別配制 50 μ M 的 Pb2+，Cu2+，Mg2+，Zn2+，Ni2+，Co2+，Ca2+，Mn2+，F(xiàn)e2+，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。觀察其顏色變化并進(jìn)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?yōu)闊o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(yīng)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(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，并且吸收峰的強(qiáng)度明顯降低。這可以進(jìn)一步證明出FA-AgNPs對Hg2+具有較好的選擇性。
[0032]經(jīng)過靈敏度和選擇性的實(shí)驗(yàn)研究，證明葉酸功能化的納米銀顆?？梢杂脼楸壬珯z測探針檢測Hg2+，檢測限可達(dá)到InM。
[0033]實(shí)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?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)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。配制汞離子的濃度為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。觀察其顏色變化并進(jìn)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?yōu)闇\黃色，當(dāng)50 μ M的Hg2+溶液加入后，混合溶液的顏色幾乎無色透明，這是由于引入Hg2+之后，使FA-AgNPs聚集而導(dǎo)致的顏色發(fā)生改變。對其進(jìn)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，F(xiàn)A-AgNPs的吸收峰逐漸出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，吸收峰的強(qiáng)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(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于包括以下步驟: 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抗壞血酸水溶液制得混合溶液，所述混合溶液的顏色由無色變?yōu)樯罴t色，沸騰IOmin之后，冷卻到室溫，在10000轉(zhuǎn)的條件下離心30min,棄去上清液，將離心得到的物質(zhì)重新分散2mL水中，即得到葉酸功能化的納米銀顆粒(FA-AgNPs)，所制得的FA-AgNPs濃度為40?60nM ； 步驟二，檢測 向步驟一所制備的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制得的檢測探針混合，通過紫外-可見光譜，F(xiàn)A-AgNPs的吸收峰可出現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象。
2.如權(quán)利要求1所述的一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于所述葉酸水溶液的pH在11一 12之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于步驟一中所制得的FA-AgNPs在414nm和531nm處分別有一個(gè)吸收峰。
4.如權(quán)利要求1所述的一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于步驟二中汞離子溶液的濃度為1ηΜ-50 μ Mo
5.如權(quán)利要求1所述的一種采用比色法檢測汞離子的方法，其特征在于所述檢測探針檢測Hg2+可達(dá)到InM。
【文檔編號(hào)】G01N21/78GK103808717SQ201410051728
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】柴芳, 蘇東悅, 吳紅波, 楊馨, 張琪, 王軍海, 王旭 申請人:哈爾濱師范大學(xué)