一种采用比色法检测汞离子的方法
【专利摘要】本发明的目的是提供一种采用比色法检测汞离子的方法，该方法采用比色法检测汞离子，叶酸银溶液在与汞离子混合1-3小时后，产生荧光发射，具有良好的灵敏度和选择性，探针灵敏度高、选择性好，检测限低。不需要大型仪器，通过裸眼观察或测试其光谱，即可识别检测结果。
【专利说明】—种采用比色法检测汞离子的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米检测【技术领域】，具体涉及一种银纳米颗粒作为比色与荧光探针检测汞离子的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，大量未经处理的废水、废渣被排入江河及湖泊中，造成水体受到污染。经检验其污染物主要是重金属离子，对于重金属离子(汞Hg2+ jgPb2+ ^gCd2+ ;铜Cu2+)，特别是汞、镉、铅、铜等具有显著的生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，只能发生各种化学形态相互转化和迁移。在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。其中，汞是环境中普遍存在的高毒性、对人类健康有极大影响的有害物质。从生理学上讲，金属汞的蒸汽和有机汞的衍生物(如甲基汞)对人类的脑和其它相关的身体机能的很多方面都会产生有害的影响。无机汞可以被环境中的细菌转化成甲基汞，这种形式的汞污染会通过食物链传递给或聚集在更高一级的有机生物体。并且无机汞能损害人类的心脏、肾、胃、肠等器官。水溶性的二价汞离子(Hg2+)是各种形式的汞污染物质中最普遍且最稳定的一种，它是水环境和土壤污染的主要方式。因此，环境中的水溶性的Hg2+的检测和监测是必要的。传统的方法例如电感偶合等离子体法用于检测汞离子，通常是高消耗、不能便携、需要复杂的仪器分析。因此，实现环境领域或生物体中的汞离子的实时检测以及原位快速检测，并且达到较高的灵敏度具有十分重要意义和可观的应用前景。
[0003]近年来，研究人员以开发简单有效的Hg2+检测器件为目标，一批具有高灵敏高选择性的器件，分别是基于金、银纳米颗粒，荧光基团，DNA或DNA酶，聚合物材料和蛋白质等。在这些器件中，许多器件的检测元素是建立在基于包含胸腺嘧啶(T)的核苷酸链中存在的胸腺嘧啶错配结构的，利用错配的胸腺嘧啶可以与Hg2+形成稳定的结构来检测 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，利用核酸或酶作为检测元素是非常昂贵的，而且在器件的制备过程中也是复杂和耗时的，利用这种技术是很难实现普遍应用的。并且，美国环境保护局(EPA)发布的饮用水中允许含无机汞离子的最高含量为2ppb (IOnM)。这个标准低于许多检测器件的最低检测限，是许多检测器件达不到的。因此，对环境的监测需要设计即灵敏、方便操作又经济的器件。
[0004]银纳米颗粒溶液具有鲜亮的颜色，由于银纳米颗粒的表面等离子体共振的性质，银纳米颗粒的大小、颗粒间的距离以及分散的状态变化可以通过紫外-可见光谱检测到，宏观表现在溶液的颜色变化，可以裸眼观察到，因此，是理想的检测器件。在本发明中，我们研究了一种利用叶酸功能化的银纳米颗粒作为比色与荧光探针来检测重金属离子的方法。并且此方法是通过简单的一次性绿色合成路线，具备成本低合成容易的特点，并可以快速定量检测汞离子，具有高灵敏度和选择性。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0006]步骤一，叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)的合成:
[0007]将30 μ L的2Μ的AgNO3溶液与50mL自来水混合加热至沸腾，在磁力搅拌的条件下，加入2mL的0.6%叶酸水溶液和ImL0.1M的抗坏血酸水溶液制得混合溶液，所述混合溶液的颜色由无色变为深红色，沸腾IOmin之后，冷却到室温，在10000转的条件下离心30min,弃去上清液，将离心得到的物质重新分散2mL水中，即得到叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)，所制得的FA-AgNPs浓度为40?60nM ；
[0008]步骤二，检测向步骤一所制备的FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5MNaCl溶液混合作为检测探针，将不同浓度的汞离子溶液分别与所制得的检测探针混合，通过紫外-可见光谱，FA-AgNPs的吸收峰可出现蓝移现象。
[0009]步骤一中所制得的FA-AgNPs在414nm和531nm处分别有一个吸收峰。
[0010]步骤二中汞离子溶液的浓度为1ηΜ_50μΜ。
[0011 ] 所述检测探针检测Hg2+可达到InM。
[0012]本发明具有如下优点:
[0013]1、本发明提供的比色、荧光检测探针灵敏度高、选择性好，检测限低。
[0014]2、不需要大型仪器，通过裸眼观察或测试其光谱，即可识别检测结果。
[0015]3、本发明易制备和保存；在4°C条件下可保存8?15个月不发生变化。
[0016]4、本发明所用试剂和操作过程均无毒副作用。
[0017]5、本发明方法简单、快速、易操作，可进行现场原位快速检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为FA-AgNPs与加入50 μ MHg2+溶液的FA-AgNPs的紫外-可见吸收光谱；
[0019]图2为FA-AgNPs的透射电镜照片；
[0020]图3为加入50 μ MHg2+溶液的FA-AgNPs的透射电镜照片；
[0021]图4为FA - AgNPs为比色检测探针的吸收比率Α531/414与Hg2+浓度(0.001-1 μ Μ)的线性关系；
【具体实施方式】
[0022]叶酸功能化的银纳米颗粒通过比色与荧光检测的方法，可检测出水溶液样品中含有的微量的重金属离子Hg2+。
[0023]—、叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)的合成:
[0024]将30 μ L的2Μ的AgNO3溶液与50mL水混合加热至沸腾，在磁力搅拌的条件下，加入2mL的0.6%叶酸水溶液(pH在11 一 12之间)和ImL的0.1M抗坏血酸水溶液，混合溶液的颜色由无色变为深红色，沸腾IOmin之后，冷却到室温，在10000转的条件下离心30min,弃去上清液，将离心得到的物质重新分散2mL水中，即得到叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)。[0025]将所制备的FA-AgNPs进行紫外-可见光谱测试，从附图1中可观察到FA-AgNPs在414nm和531nm处分别有一个吸收峰,在414nm处的吸收峰是Ag纳米颗粒的特征吸收，而在531nm处是由于FA-AgNPs聚集形成链状而引起的表面等离子体共振吸收峰。通过其透射电镜TEM照片(附图2)可以看到呈链状的FA-AgNPs。
[0026]二、比色法检测汞离子(Hg2+)
[0027]当FA-AgNPs中加入等量的50 μ MHg2+溶液后，测试其紫外-可见光谱，从图中可以看出，FA-AgNPs的吸收峰出现了蓝移现象，并且吸收峰的强度明显减弱，其吸收峰的变化是由于加入了 Hg2+而导致的，这是因为叶酸功能化的银纳米颗粒表面的氨基、羧基基团与Hg2+之间形成了稳定的配位结构，这种结构的存在导致银纳米颗粒之间的距离发生了变化，银纳米颗粒出现了明显的聚集状态。样品的TEM照片图3进一步证明了 FA-AgNPs的聚集，形成了 FA-AgNPs的堆积状态。由此得出FA-AgNPs对Hg2+具有一定的响应，这些响应可以通过紫外-可见光谱、裸眼观察，证明该方法对Hg2+的检测。
[0028]1、检测灵敏度
[0029]为了提高FA-AgNPs检测探针的灵敏度，加入了 NaCl溶液改变溶液的离子强度。我们向FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5Μ的NaCl溶液作为检测探针。配制不同浓度(1ηΜ-50 μ Μ)的汞离子溶液分别与FA-AgNPs检测探针混合。观察其颜色变化并进行紫外-可见光谱测试。随着Hg2+浓度的增大，混合溶液的颜色由深红色逐渐变为浅黄色，当50 μ M的Hg2+溶液加入后，混合溶液的颜色几乎无色透明，这是由于引入Hg2+之后，使FA-AgNPs颗粒聚集而导致的颜色发生改变。对其进行紫外-可见光谱测试，从光谱图中我们观察到，随着Hg2+浓度的增大，FA-AgNPs的吸收峰逐渐出现蓝移现象，吸收峰的强度也逐渐减弱。通过裸眼观察和紫外检测可以得出FA-AgNPs对Hg2+具有较高的灵敏度。从附图4中可以得出叶酸功能化的银纳米颗粒作为比色检测探针的吸收比率‘/414与Hg2+浓度在InM -1 μ M之间有良好的线性关系，因此，叶酸功能化的银纳米颗粒作为比色检测探针对Hg2+的检测限可达到InM。
[0030]2、选择性
[0031 ]相同条件下，分别配制 50 μ M 的 Pb2+，Cu2+，Mg2+，Zn2+，Ni2+，Co2+，Ca2+，Mn2+，Fe2+，Mg2+，Cr3+，Cr6+，Cd2+和Ba2+作为其它离子溶液，分别与FA-AgNPs检测探针混合。观察其颜色变化并进行紫外-可见光谱测试。其它离子与FA-AgNPs的混合溶液的颜色仍保持红色，而加入Hg2+的混合溶液的颜色由红色变为无色。通过混合溶液颜色的变化可以看出FA-AgNPs对Hg2+的选择性。测试各反应溶液的紫外-可见光谱，从光谱图中我们可以看到Hg2+混合溶液的吸收光谱比较其它离子混合溶液的吸收光谱出现了明显的蓝移现象，并且吸收峰的强度明显降低。这可以进一步证明出FA-AgNPs对Hg2+具有较好的选择性。
[0032]经过灵敏度和选择性的实验研究，证明叶酸功能化的纳米银颗粒可以用为比色检测探针检测Hg2+，检测限可达到InM。
[0033]实施例1:
[0034]为了提高FA-AgNPs检测探针的灵敏度，加入了 NaCl溶液改变溶液的离子强度。我们向5mL的FA-AgNPs中加入75 μ L的0.1MNaCl溶液作为检测探针。配制汞离子的浓度为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，分别与等量的FA-AgNPs检测探针混合。观察其颜色变化并进行紫外测试。从照片中可以看到，随着Hg2+浓度的增大，混合溶液的颜色由深红色逐渐变为浅黄色，当50 μ M的Hg2+溶液加入后，混合溶液的颜色几乎无色透明，这是由于引入Hg2+之后，使FA-AgNPs聚集而导致的颜色发生改变。对其进行紫外-可见光谱测试，从光谱图中我们观察到，随着Hg2+浓度的增大，FA-AgNPs的吸收峰逐渐出现蓝移现象，吸收峰的强度也逐渐减弱。通过裸眼观察和紫外检测可以得出FA-AgNPs对Hg2+具有较高的灵敏度。
[0035]应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
【权利要求】
1.一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一，叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)的合成: 将30 μ L的2Μ的AgNO3溶液与50mL自来水混合加热至沸腾，在磁力搅拌的条件下，加入2mL的0.6%叶酸水溶液和ImL的0.1M抗坏血酸水溶液制得混合溶液，所述混合溶液的颜色由无色变为深红色，沸腾IOmin之后，冷却到室温，在10000转的条件下离心30min,弃去上清液，将离心得到的物质重新分散2mL水中，即得到叶酸功能化的纳米银颗粒(FA-AgNPs)，所制得的FA-AgNPs浓度为40?60nM ； 步骤二，检测 向步骤一所制备的FA-AgNPs中加入50-100 μ L的0.1-0.5MNaCl溶液混合作为检测探针，将不同浓度的汞离子溶液分别与所制得的检测探针混合，通过紫外-可见光谱，FA-AgNPs的吸收峰可出现蓝移现象。
2.如权利要求1所述的一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于所述叶酸水溶液的pH在11一 12之间。
3.如权利要求1所述的一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于步骤一中所制得的FA-AgNPs在414nm和531nm处分别有一个吸收峰。
4.如权利要求1所述的一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于步骤二中汞离子溶液的浓度为1ηΜ-50 μ Mo
5.如权利要求1所述的一种采用比色法检测汞离子的方法，其特征在于所述检测探针检测Hg2+可达到InM。
【文档编号】G01N21/78GK103808717SQ201410051728
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月14日 优先权日:2014年2月14日
【发明者】柴芳, 苏东悦, 吴红波, 杨馨, 张琪, 王军海, 王旭 申请人:哈尔滨师范大学