一种基于金纳米棒检测二价铁离子的方法与流程

本发明涉及二价铁离子的检测方法，具体涉及一种基于金纳米棒检测二价铁离子的方法，属于离子分析检测领域。

背景技术：

检测亚铁离子的传统方法有荧光法、电化学法和气相色谱法等。这些方法呈现出检测灵敏度高、重复性好以及检测准确等优点，但与此同时存在操作繁琐且需要昂贵的仪器设备等不足。目前比色法检测是分析化学领域一种较为新颖的检测方法，它可以克服以上检测方法存在的不足从而快速灵敏准确地对目标物进行检测分析。金纳米晶在比色检测领域得到了广泛的应用，通常情况下向待检测体系中加入作为检测探针的金纳米颗粒，待检测物直接与间接的作用使金纳米颗粒团聚从而完成检测工作，使用这种方法进行检测时金纳米颗粒会发生自团聚从而产生假阳性效果进而对检测工作产生很大的影响。为了克服“团聚比色法”的不足，人们提出了利用氧化刻蚀金纳米晶的方法来对待检测物进行比色检测。这种方法通常不需要对金纳米晶进行表面配体修饰，操作简便，检测灵敏直观，然而，Au(I)/Au(0)具有较高的氧化还原电位，这种方法仅限于氧化还原电位高于Au(I)/Au(0)的目标物。所以，氧化刻蚀金纳米晶的比色检测方法在实际应用过程中受到了限制，到目前为止，还不存在利用此方法对低浓度亚铁离子进行检测。

技术实现要素：

为了克服现有氧化刻蚀金纳米晶的比色检测方法存在的不足，本发明提供了一种基于金纳米棒检测亚铁离子的方法，该方法具有很强的特异性，只对二价铁离子敏感，检测过程中不需要缓冲液，因此使得操作简单易行，且金纳米棒的制备过程简单，产量大，该方法可快速灵敏地检测血清溶液中的亚铁离子。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

本发明提供了一种基于金纳米棒检测亚铁离子的方法，包括以下步骤：

（1）将金纳米棒分散于十六烷基三甲基溴化铵溶液中，得金纳米棒探针溶液；

（2）拟合工作曲线：将硫氰酸钾溶液，过氧化氢溶液以及200 μL金纳米棒探针溶液混合均匀，通过使用HCl或者NaOH改变检测体系pH值，然后向其中加入一系列不同浓度的亚铁离子标准水溶液至反应体系的总体积为2mL，充分反应后，将反应后溶液用紫外可见分光光度法进行测试，根据相应得到的光谱峰位移值和亚铁离子浓度的关系绘制工作曲线，得到一元一次方程；

（3）样品测定：将硫氰酸钾溶液，过氧化氢溶液，混合均匀得混合溶液并用盐酸溶液调节PH值，混合溶液中硫氰酸钾的浓度为0.75 mM，过氧化氢的浓度为100 μM，盐酸浓度为25 mM，然后加入200 μL金纳米棒探针溶液混合均匀，向其中加入一系列不同浓度的亚铁离子4%胎牛血清溶液，反应总体系体积为 2 mL,充分反应后，然后按步骤（2）所述的相应方法进行光谱测试，将样品光谱峰位移值带入步骤（2）得到的一元一次方程中，计算得到的样品中亚铁离子的浓度值。

进一步的，步骤（1）中，所使用的金纳米棒采用以下方法制备而成：

（1）制备金纳米棒溶液：取5 mL浓度为0.1M的十六烷基三甲基溴化铵溶液与30 μL浓度为50 mM的氯金酸水溶液充分混合搅拌，然后在冰浴条件下快速加入0.3 mL新鲜配置的0.01 M硼氢化钠溶液，充分搅拌2分钟，室温下静置陈化2 h后得到纳米金晶种溶液待用；

（2）将40 mL浓度为0.1 M的十六烷基三甲基溴化铵溶液与600 μL浓度为50 mM的氯金酸水溶液，96.5μL的浓度为50 mM的硝酸银溶液充分混合搅拌1分钟，向混合溶液中逐滴加入500 μL浓度为0.08 M的抗坏血酸，搅拌10秒钟，得无色透明水溶液；

（3）向无色透明水溶液加入80μL纳米金晶种溶液，搅拌10分钟后将溶液于25℃下静置12小时，得金纳米棒溶液，然后以8500 r/min 转速离心15分钟去掉上清液，即得黄褐色的金纳米棒。

本发明制备的金纳米棒长径比为2.5:1。

进一步的，检测过程中，步骤（1）所述十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0~300mM；所述金纳米棒探针溶液的浓度为1.5 nM。

进一步的，所述改变检测体系pH值通过向检测体系加入500μL浓度为1M的NaOH浓度为0、1、10、100、1000 mM的HCl来实现。

进一步的，步骤（2）和（3）中，所述硫氰酸钾的浓度为0~25 mM，加入体积为15μL；所述过氧化氢的浓度为0~10000μM，加入体积为20μL。

进一步的，所述硫氰酸钾浓度为0.75 mM；过氧化氢浓度为100μM。

进一步的，步骤（2）和（3）中，所述反应的条件为：在25-85℃下反应0~12 min；最优化的反应条件为65℃下反应8min。

进一步的，步骤（2）和（3）中，所述亚铁离子标准水溶液的浓度为0~2.5μM。

进一步的，步骤（2）和（3）中，所述紫外可见分光光度法的扫描条件为：双光束激发，光源：氘灯，扫描波长范围为300-800 nm。

所有变量在优选值范围内均可进行亚铁离子检测，但存在最优值使得检测范围最大，即：pH通过添加浓度为1M的盐酸溶液来调控，十六烷基三甲基溴化铵浓度为50 mM，硫氰酸钾浓度为0.75 mM，过氧化氢浓度为100 μM，反应时间为8 min，反应温度为65℃。

本发明的有益效果为：

（1）金纳米棒的制备过程简单方便，环保无毒，用晶种生长法制备的金纳米棒尺寸均匀，形貌均一，稳定性好，产量大。

（2）检测过程在酸性环境中进行，检测结果具有高度特异性，可定量地对亚铁离子进行检测，反应灵敏，检测时间短。

附图说明

图1为实施例1所制备的金纳米棒的透射电镜（TEM）图；

图2为实施例1金纳米棒与浓度为1mM的亚铁离子反应后的TEM图；

图3为本发明提供的检测亚铁离子的特意选择性实验结果；

图4 为本发明实施例1中金纳米棒检测不同浓度亚铁离子的峰位移值与亚铁离子线性关系图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明，具体实施例的描述本质上仅是范例，而不是对本发明公开的内容及其应用或使用进行限制。

本发明所使用的4%胎牛血清溶液购自杭州四季青生物工程材料有限公司。

实施例1

1.1 取5 mL浓度为0.1M的十六烷基三甲基溴化铵溶液与30 μL浓度为50 mM的氯金酸水溶液充分混合搅拌，然后在冰浴条件下快速加入0.3 mL新鲜配置的0.01 M硼氢化钠溶液，充分搅拌2分钟，室温下静置陈化2 h后得到纳米金晶种溶液待用；

将40 mL浓度为0.1 M的十六烷基三甲基溴化铵溶液与600 μL浓度为50 mM的氯金酸水溶液，96.5μL的浓度为50 mM的硝酸银溶液充分混合搅拌1分钟，向混合溶液中逐滴加入500 μL浓度为0.08 M的抗坏血酸，搅拌约10秒钟后溶液逐渐变为透明无色；

最后，向无色透明水溶液加入80μL预先制备的纳米金晶种溶液，搅拌10分钟后将溶液于25℃的环境中静置12小时即可制备得到金纳米棒溶液；

1.2 将步骤（1）所制备的金纳米棒溶液，以8500 r/min 转速离心15分钟去掉上清液，得黄褐色沉淀，即为金纳米棒，将沉淀重新分散在浓度为50 mM的十六烷基三甲基溴化铵溶液中，得金纳米棒探针溶液；

制备的金纳米棒见图1，从图1中可以看出，制备的金纳米棒尺寸均匀，形貌均一；

1.3 拟合工作曲线：将50μL,0.1 M的HCl溶液，15μL, 0.75 mM硫氰酸钾溶液， 20μL, 10 mM过氧化氢溶液以及200μL金纳米棒探针溶液混合均匀，然后向其中分别加入0~2.5μM的亚铁离子标准水溶液加至总反应体系为2mL，在65℃下反应8分钟，将反应后溶液用紫外可见分光光度法进行测试，并对亚铁离子加入浓度为1 mM 的反应体系反应后的金纳米棒进行TEM表征(见图2)。根据相应得到的光谱峰位移值和亚铁离子浓度的关系绘制工作曲线，得到一元一次方程为y=0.09093x-6.7394,线性相关系数R²=0.9751，线性范围75-1000 nM (见图4)，次检测方法特异选择性良好（见图3）

1.4 取含有亚铁离子的4%血清溶液作为样品，向其中加入100μL，100 mM HCl溶液，将硫氰酸钾溶液，过氧化氢溶液以及200 μL金纳米棒探针溶液混合均匀，硫氰酸钾溶液浓度为0.75 mM, 过氧化氢浓度为100 μM。反应体系总体积为2 mL，在65℃下反应8分钟；将紫外-可见吸收光谱峰位移值带入标准工作曲线的一元一次方程中，计算得到样品中亚铁离子的浓度值为355nM；

上述紫外可见分光光度法的扫描条件为：双光束激发，光源：氘灯，扫描波长范围为300-800 nm。

实施例2

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于改变反应温度为45℃，线性范围350-1000 nM。

实施例3

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于改变反应温度为85℃，线性范围75-650 nM。

实施例4

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于改变反应时间为6min。，线性范围650-1500 nM。

实施例5

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于改变反应时间为10min。线性范围350-650 nM。

实施例6

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于过氧化氢的浓度为10 μM。线性范围150-650 nM。

实施例7

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于过氧化氢的浓度为1 mM。线性范围300-850 nM。

实施例8

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于硫氰酸钾的浓度为0.55 mM。线性范围200-1200nM。

实施例9

按实施例1所述方法获得标准曲线，不同之处在于硫氰酸钾的浓度为1 mM。线性范围65-550nM。

从上述结果可以看出，在过氧化氢，硫氰酸钾的优化浓度范围内，以及优化时间，温度范围内，均可进行亚铁离子的检测，但与实施例1相比，检测的线性范围均变窄；另外，当过氧化氢、硫氰酸钾等超出本发明提供的范围时，特异性差。

以上实施例只是对本发明的技术构思起到说明示例作用，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员在不脱离本发明技术方案的精神和范围内，进行修改和等同替换，均应落在本发明的保护范围之内。