一种超灵敏检测水体中氰化物的方法与流程

本发明涉及氰化物的检测领域，具体地涉及一种基于纳米金基底SERS技术超灵敏检测氰化物的方法。

背景技术：

近年来，环境污染的及时预警和有效治理已成为国家发展环节中极为重要的一环。由于现代工业的快速发展，许多氰化物通过电镀、油漆、染料、橡胶等行业排出的污水进入自然水体中，严重危害人类的身体健康。从2009年至今，我国已经发生多起氰化物中毒事件，严重影响了群众健康。我国在新的《生活饮用水卫生标准》中对日常饮用水中氰化物的含量进行了严格的限定，并于2015年4月2日出台了《水污染防治行动计划》，在污染处理、工业废水、全面控制污染物排放等多方面进行强有力监管并启动严格问责制，铁腕治污将进入“新常态”。

目前国内外比较成熟且常用的检测氰化物的方法有光谱法、滴定法、伏安法、电化学法等，然而，这些方法存在仪器价格昂贵、检测时间较长、检测灵敏度不达标、其他离子干扰严重、需专业操作技术人员等缺陷。

因此，本领域急需开发一种新型的操作简单方便、抗干扰能力强、成本低且检测灵敏度高的检测氰化物的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种新型的操作简单方便、抗干扰能力强、成本低且检测灵敏度高的检测氰化物的方法。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种超灵敏检测水体中氰化物的方法，包括如下步骤：

(1)将不同浓度氰化物溶液和水溶液分别与纳米金检测基底混合得到多组混合液，测定每组混合液的SERS强度值，然后绘制氰化物浓度与SERS强度值的标准曲线图；

(2)将待测液和纳米金检测基底混合得到待测混合液，测定待测混合液的SERS强度值，然后从曲线图上得到氰化物浓度值。

优选地，所述的氰化物为氢氰酸、氰化钠、氰化钾、氯化氰、丙烯腈、正丁腈中的一种或多种。

优选地，所述待检液中待检氰化物的浓度下限为0.01μmol/L。

优选地，所述纳米金检测基底为纳米金球基底、纳米金棒基底、纳米金星基底、纳米金立方体基底、纳米金片基底中的一种或多种。

优选地，所述纳米金检测基底包含氰化物指示剂、纳米金检测基底前驱体和拉曼信号分子；所述氰化物指示剂的浓度为0.001-100mmol/L；所述纳米金检测基底前驱体的浓度为0.01-100mmol/L；所述拉曼信号分子的浓度为0.01-100mmol/L。

优选地，所述氰化物指示剂为木瓜蛋白酶、球蛋白G、细胞色素氧化酶、硫代硫酸钠、过氧化物酶、乳酸脱氢酶中的一种或多种；

所述纳米金检测基底前驱体为氧化金、氢氧化金、氯化金、氯金酸、氯化金钾、四氯金酸钠二氯、(2-吡啶甲酸)金、四氯金酸铵、四氯金酸一种或多种；

所述拉曼信号分子为4-巯基吡啶、4-巯基苯甲酸、罗丹明6G、对巯基苯胺、耐尔蓝、结晶紫巯基萘、对氟硫酚、石墨烯中的一种或多种。

优选地，所述待检液和所述纳米金检测基底的混合体积比为1-50：50-1。

优选地，所述纳米金检测基底还包含功能化试剂。

优选地，所述功能化试剂为柠檬酸钠、抗坏血酸、硫代硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠、吐温、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、明胶、多糖、蛋白质、核酸中的一种或多种。

优选地，所述纳米金检测基底中的功能化试剂的浓度为0.01-1000μmol/L。

本发明的有益效果在于：

(1)可实现在低检测下限下高特异性、高灵敏地对氰化物的快速检测；

(2)当干扰物的浓度高达待检氰化物的浓度数十倍的情况下，仍可高效实现对待检氰化物的检测；

(3)在利用所述纳米金检测基底定性检测的基础上，基于所述纳米金检测基底与待检氰化物的快速化学响应，结合SERS强度值得变化可定量检测出待检氰化物的含量；

(4)该检测方法操作简单、成本低、可实现快速灵敏检测氰化物；

(5)该检测方法对待检样品适应性好，基本不存在任何限制，便于推广应用；

(6)该检测方法可实现对多种氰化物的同时检测。

附图说明

图1为不同浓度的氰化物对应的拉曼光谱图；

图2为氰化物浓度与SERS强度值的标准曲线图。

具体实施例

一种超灵敏检测水体中氰化物的方法，包括如下步骤：

(1)将不同浓度氰化物溶液和水溶液分别与纳米金检测基底混合得到多组混合液，测定每组混合液的SERS强度值，然后绘制氰化物浓度与SERS强度值的标准曲线图，如图1所示；

(2)将待测液和纳米金检测基底混合得到待测混合液，测定待测混合液的SERS强度值，然后从曲线图上得到氰化物浓度值。

优选地，所述的氰化物为氢氰酸、氰化钠、氰化钾、氯化氰、丙烯腈、正丁腈中的一种或多种。

优选地，所述待检液中待检氰化物的浓度下限为0.01μmol/L。

优选地，所述纳米金检测基底为纳米金球基底、纳米金棒基底、纳米金星基底、纳米金立方体基底、纳米金片基底中的一种或多种。

优选地，所述纳米金检测基底包含氰化物指示剂、纳米金检测基底前驱体和拉曼信号分子；所述氰化物指示剂的浓度为0.001-100mmol/L，更优选的浓度为0.05-50mmol/L；所述纳米金检测基底前驱体的浓度为0.01-100mmol/L，更优选的浓度为0.2-80mmol/L；所述拉曼信号分子的浓度为0.01-100mmol/L，更优选的浓度为0.2-100mmol/L。

优选地，所述氰化物指示剂为木瓜蛋白酶、球蛋白G、细胞色素氧化酶、硫代硫酸钠、过氧化物酶、乳酸脱氢酶中的一种或多种；

所述纳米金检测基底前驱体为氧化金、氢氧化金、氯化金、氯金酸、氯化金钾、四氯金酸钠二氯、(2-吡啶甲酸)金、四氯金酸铵、四氯金酸一种或多种；

所述拉曼信号分子为4-巯基吡啶、4-巯基苯甲酸、罗丹明6G、对巯基苯胺、耐尔蓝、结晶紫巯基萘、对氟硫酚、石墨烯中的一种或多种。

优选地，所述待检液和所述纳米金检测基底的混合体积比为1-50：50-1。

优选地，所述纳米金检测基底还包含功能化试剂。

优选地，所述功能化试剂为柠檬酸钠、抗坏血酸、硫代硫酸钠、乙二胺四乙酸二钠、吐温、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、明胶、多糖、蛋白质、核酸中的一种或多种。

优选地，所述纳米金检测基底中的功能化试剂的浓度为0.01-1000μmol/L，更优选的浓度为0.1-300μmol/L。

实施例1准确度检测

将不同剂量的氰离子加入去离子水制成已知氰离子浓度的水溶液：C0-C6，其中C0为空白对照。

配置纳米金星检测基底：取5mmol/L的氯金酸水溶液3mL加入50mL去离子水中，然后加入1mL0.1M CTAB，搅拌十分钟后加入50mM硝酸银溶液，搅拌半小时后制成金种溶液。取5mL金种溶液快速加入5mL 20mg/mL抗坏血酸溶液，搅拌30秒后避光陈化2小时。取制备好的纳米金溶液10mL加入100μL 0.1mM的木瓜蛋白酶溶液，搅拌半小时后快速加入50μL40mM的4-巯基苯甲酸溶液，继续搅拌十分钟得到纳米金星检测基底。

将200μL不同氰离子浓度的待检液分别加入800μL所配检测基底中，利用拉曼光谱仪测得SERS强度值。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值(见表1)。

表1

从表1可以看出，使用本发明方法所得实测浓度与待检液的已知浓度非常接近，回收率在90～96之间(其中，回收率指在没有被测物质的空白样品基质中加入定量的标准物质，按照样品的处理步骤分析，得到的结果与理论值的比值)，即使在非常低的浓度下，仍可实现对待检氰离子的高灵敏检测，这表明使用本发明方法可高精准、高灵敏地实现对待检氰离子的测量。

实施例2特异性检测

本实施例中向配置的不同浓度的氰离子水溶液中加入其他干扰离子(F^-，Cl^-,Br^-,I^-,NO3^-,NO2^-,CO3^2-,SCN^-,S^2-,SO4^2-)(以盐形式加入，所加入干扰物质的总浓度为10μmol/L)，再重复实施例1所用的方法对已知浓度的水溶液进行测量。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值(见表2)。

表2

从表2可以看出，使用本发明方法所得实测浓度与待检液的已知浓度非常接近，回收率在86～103之间，即使在非常低的浓度下，仍可实现对待检氰离子的高灵敏检测，这表明使用本发明方法可高精准、高灵敏地实现对待检氰离子的测量。

此外，进一步与实施例1的检测结果比较，可知即使在存在大量干扰物质的情况下，所得检测结果依然非常准确，与实施例1所得检测结果相差也不大，表明本发明方法的抗干扰能力强，具有很强的特异性。

实施例3河水、湖水水样中氰离子的检测

采集待检测水样S3.1～S3.4：在河、湖的不同地点同样深度处用水样采集瓶采集水样，放置待检。重复实施例1所用的方法对已知浓度的水溶液进行测量。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值(见表3)。

表3

实施例4工厂废水中氰离子的检测

采集待检测水样S4.1-S4.4：于工厂的废水排放口处在不同时间采集相同体积的水样，后将其混合均匀，得到待检测水样。其余方法同实施例3。重复实施例1所用的方法对已知浓度的水溶液进行测量。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值(见表4)。

表4

实施例5大气中氰气的检测

采集待检测样品S5.1-S5.2：通过特定的空气采集器，在需检测区域以恒速抽取一定体积的空气，使空气粒径小于100μm的悬浮颗粒物被截留在特定滤膜中，将收集到的悬浮颗粒物用0.1mol/L的盐酸酸化，使其溶解。其余方法同实施例3。重复实施例1所用的方法对已知浓度的水溶液进行测量。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值(见表5)。

表5

实施例6食品中氰离子的检测

采集检测液：从食品中获得样品(约2克)，用混合溶液酸化处理，然后用2％的盐酸溶解，然后调节pH至中性，得到待检测液。其余方法同实施例3。重复实施例1所用的方法对已知浓度的水溶液进行测量。

结果

将所测得的八次SERS值取平均值后代入对应标注曲线(X-SERS强度值)得到各待检液中氰化物的含量数值，结果说明待检测食品样本中不含有氰离子或仅含微量氰离子。

在本发明中提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，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所限定的范围。