本發(fā)明涉及一種檢測水中鎘的方法，尤其涉及一種基于半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子探針可視化檢測水中鎘的方法。
背景技術(shù)：
：：隨著科技的發(fā)展，重金屬污染已成為日益嚴重的問題。鎘廣泛存在于水、土壤和空氣中，是重金屬污染的重要組成之一，它可以通過食物鏈進入人體內(nèi)，并且擁有20–30年的生物半衰期，可能對人體造成極大傷害并誘發(fā)各種疾病，因此研究一種檢測鎘的方法具有重要意義。目前多種分析檢測方法已應(yīng)用于檢測鎘，包括：原子熒光光譜、電感耦合等離子質(zhì)譜法、電感耦合等離子原子發(fā)射光譜、石墨爐原子吸收法和火焰原子吸收法等。這些方法雖然具有較高的檢測靈敏度，但都具有需要專業(yè)的技術(shù)人員、大型儀器、檢測費用高、耗時長等不足，使其應(yīng)用受到限制。納米材料由于其特殊的尺寸效應(yīng)，在催化、電學、光學及表面增強拉曼效應(yīng)等諸多方面有良好的應(yīng)用，尤其是金屬納米顆粒，其獨特的光學、電學、催化性質(zhì)等在很多領(lǐng)域都具有潛在的應(yīng)用價值。合金納米粒子具有不同于單組份金屬的催化性能、表面等離子共振及表面增強拉曼散射(sers)等特性，其綜合性能遠超于各單組份金屬，而金和銀由于具有非常相近的晶格常數(shù)，因而在溶液中還原金和銀時非常容易形成金銀合金。目前納米材料的合成方法主要有光化學法、電化學法、微乳液法、輻射法和化學還原法等，其中化學還原法操作方便、工藝簡單，得到了廣泛應(yīng)用。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子探針可視化檢測水中鎘的方法，該方法選擇性好、操作簡單、檢測時間短、儀器價廉，靈敏度較高，能夠滿足水中cd2+的檢測。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子探針可視化檢測水中鎘的方法，包括如下步驟：(1)半胱氨酸修飾金銀合金納米粒子的制備準確移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分別加入到裝有15ml超純水的燒瓶中，冷凝回流加熱5min后同時加入0.4mm檸檬酸三鈉溶液250μl，再加熱2min，然后立即混合并繼續(xù)攪拌加熱15min，得到橘黃色澄清且穩(wěn)定均勻的溶液，即為金銀合金溶液；在上述新合成的金銀合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液勻速攪拌2h，得到半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液，向半胱氨酸包裹的金銀納米合金溶液加入nacl；(2)比色檢測水中cd2+向半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液加入nacl，使其濃度為0.024m，分別將濃度為0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.2、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+標準溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中，孵化15min，待反應(yīng)完全后，可以觀察到明顯的顏色變化，用數(shù)碼相機拍攝溶液的顏色，制作標準比色卡；同時，采用紫外-可見分光光度法測定溶液在435nm處和600nm處的吸光度，以溶液吸光度比值(a600/a435)為縱坐標，cd2+濃度為橫坐標，繪制工作曲線，線性擬合得到一個一元一次方程；取10μl經(jīng)沉淀、過濾、調(diào)節(jié)ph至6.0預(yù)處理后的水樣，加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中，孵化15min，待反應(yīng)完全后，用數(shù)碼相機拍攝溶液的顏色，將拍攝的照片中溶液的顏色與標準比色卡對比，即對水樣中的cd2+含量進行半定量檢測；同時，測定溶液在435nm處和600nm處的吸光度并計算溶液吸光度比值(a600/a435)，代入一元一次方程，即可求得水中cd2+含量。步驟(1)制得的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液在使用前需向溶液中加入nacl，使nacl在溶液中的濃度為0.024m；步驟(1)中所述1.0％agno3溶液和1.0％haucl4溶液均為質(zhì)量分數(shù)。步驟(2)中所述半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中半胱氨酸濃度濃度為23.33μm；步驟(2)中所述半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液的ph為6.0。本發(fā)明通過控制合適的條件，同時還原h(huán)aucl4和agno3制得了金銀合金納米粒子，并通過在其表面修飾半胱氨酸，建立了一種能夠特異性識別水中cd2+的快速檢測方法。該方法檢測時間短、操作簡單，對水中cd2+的檢測限為0.044μm，檢測范圍為0.4μm～38.6μm。附圖說明圖1中(a)為納米金(a)、納米銀(b)、金銀合金(c)及納米金及納米銀物理混合(d)紫外可見吸收光譜圖；(b)為不同金銀比例的合金最大吸收峰值與合金中金的摩爾比例線性關(guān)系圖。圖2為加入10μmcd2+前(a)后(c)合金紫外可見光譜的變化和加入10μmcd2+前(b)后(d)半胱氨酸修飾合金紫外可見光譜及溶液顏色的變化，插圖中左邊試管為加入10μmcd2+前(b)半胱氨酸修飾合金溶液的顏色，右邊試管為加入10μmcd2+后(d)半胱氨酸修飾合金溶液的顏色。圖3為加入10μmcd2+前(a)后(b)金銀合金納米粒子的電鏡及粒徑圖。圖4中(a)為合金納米粒子edx譜圖；(b)為半胱氨酸(a)及半胱氨酸修飾合金納米粒子(b)紅外光譜圖。圖5為半胱氨酸濃度(a)、檢測時間(b)、ph(c)及nacl濃度(d)對檢測的影響圖。圖6中(a)為不同cd2+濃度下半胱氨酸修飾金銀合金納米溶液吸收光譜圖；(b)為金銀合金納米溶液吸光度比值(a600/a435)與cd2+濃度關(guān)系圖。圖7為不同金屬離子存在下對合金納米溶液吸收峰比值的影響示意圖(a)；半胱氨酸修飾合金納米溶液的穩(wěn)定性示意圖(b)，插圖為半胱氨酸修飾合金在不同時間時在435nm處的吸收峰值。具體實施方式實施例1：一種基于半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子探針可視化檢測水中鎘的方法，包括如下步驟：(1)半胱氨酸修飾金銀合金納米粒子的制備準確移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分別加入到裝有15ml超純水的燒瓶中，冷凝回流加熱5min后同時加入0.4mm檸檬酸三鈉溶液250μl，再加熱2min，然后立即混合并繼續(xù)攪拌加熱15min，得到橘黃色澄清且穩(wěn)定均勻的溶液，即為金銀合金溶液；在上述新合成的金銀合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液勻速攪拌2h，得到半胱氨酸包裹的金銀納米合金溶液，向半胱氨酸包裹的金銀納米合金溶液加入nacl；(2)比色檢測水中cd2+向半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液加入nacl，使其濃度為0.024m，分別將濃度為0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.20、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+標準溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中，孵化15min，待反應(yīng)完全后，可以觀察到明顯的顏色變化，用數(shù)碼相機拍攝溶液的顏色，制作標準比色卡；同時，采用紫外-可見分光光度法測定溶液在435nm處和600nm處的吸光度，以溶液吸光度比值(a600/a435)為縱坐標，cd2+濃度為橫坐標，繪制工作曲線，線性擬合得到一個一元一次方程；取10μl經(jīng)沉淀、過濾、調(diào)節(jié)ph至6.0預(yù)處理后的水樣，加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中，孵化15min，待反應(yīng)完全后，用數(shù)碼相機拍攝溶液的顏色，將拍攝的照片中溶液的顏色與標準比色卡對比，即對水樣中的cd2+含量進行半定量檢測；同時，測定溶液在435nm處和600nm處的吸光度并計算溶液吸光度比值(a600/a435)，代入一元一次方程，即可求得水中cd2+含量。步驟(1)中所述1.0％agno3溶液和1.0％haucl4溶液均為質(zhì)量分數(shù)。步驟(2)中所述半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中半胱氨酸濃度濃度為23.33μm；步驟(2)中所述半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液的ph為6.0。實施例2：以下結(jié)合具體實施例對本方法的性能進行詳細的考察，并結(jié)合說明書附圖進行說明，具體步驟如下：1.1儀器及試劑uv–2450紫外–可見分光光度計(日本島津公司)，儀器工作參數(shù)：掃描波長300～800nm；jem–2100高分辨率透射電子顯微鏡(日本電子株式會社)；nicomp380zls納米粒度儀(美國pss粒度儀公司)；phs–3c型酸度計(上海雷磁儀器廠)；雙向磁力攪拌器(常州國華電器有限公司)；milliporesimplicity水純化系統(tǒng)。haucl4(純度≥99.9％)，上海源葉生物科技有限公司)和agno3(純度≥99.8％)，上海試劑一廠)用超純水配制成1.0％儲備液；半胱氨酸用超純水配制成1.0mm溶液，檸檬酸三鈉用超純水溶解，配制成0.4mm溶液；cd2+標準溶液用氯化鎘(純度≥99％，上海試一化學試劑有限公司)配制成1.0mm的標準溶液；自來水、湖水取自南昌大學校園內(nèi)。1.2試驗方法1.2.1半胱氨酸修飾金銀合金納米粒子的制備準確移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分別加入到裝有15ml超純水的燒瓶中，冷凝回流加熱5min后同時加入0.4mm檸檬酸三鈉溶液250μl，再加熱2min，然后立即混合并繼續(xù)攪拌加熱15min，得到橘黃色澄清且穩(wěn)定均勻的溶液。在上述新合成的金銀合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液勻速攪拌2h，得到半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液。1.2.2檢測條件的優(yōu)化在檢測水中cd2+的過程中，檢測條件的不同會對最終的檢測結(jié)果產(chǎn)生明顯影響。為了獲得更高的檢測靈敏度和準確性，在控制其他條件相同的情況下，本實驗依次考察了半胱氨酸濃度、檢測時間、ph值和nacl濃度對檢測結(jié)果的影響。1.2.3比色檢測水中cd2+向半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液加入nacl，使其濃度為0.024m，分別將濃度為0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.20、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+標準溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修飾的金銀納米合金溶液中，孵化15min，待反應(yīng)完全后，可以觀察到明顯的顏色變化，采用紫外–可見分光光度法測定溶液的吸光度。1.2.4實際水樣的檢測采集南昌大學校園內(nèi)的自來水和湖水,通過沉淀、過濾、調(diào)節(jié)ph至6.0等常規(guī)預(yù)處理后，測定水中cd2+含量并采用標準加入法進行加標回收分析。2結(jié)果與討論2.1半胱氨酸修飾金銀合金納米粒子的合成圖1a為合成好的金銀合金納米粒子的紫外–可見吸收光譜，可以看出在檢測波長范圍內(nèi)該合金納米粒子僅在435nm處有一個吸收峰，該吸收峰位于銀(400nm)和金(520nm)納米粒子最大吸收峰之間，表明已成功合成了金銀合金納米粒子。并且隨著合金中金的摩爾比率的增加，其最大吸收峰值與合金中金的摩爾比率呈現(xiàn)出線性關(guān)系(圖1b)。2.2金銀合金納米粒子的表征2.2.1合金納米粒子的光譜表征圖2曲線d顯示，加入cd2+后，納米粒子溶液在600nm附近處出現(xiàn)一個新的吸收峰，并且溶液的顏色發(fā)生明顯的變化。2.2.2合金納米粒子的電鏡及粒徑表征透射電鏡(tem)圖像顯示(圖3)，合金納米粒子粒徑較小，呈規(guī)則的球形，粒徑分布較均勻(圖3a)；加入cd2+后合金納米粒子發(fā)生明顯的聚集(圖3b)。粒徑表征表明，合金納米粒子的粒徑約為50nm(插圖，圖3a)，加入10μmcd2+后粒徑增大為500nm(插圖，圖3b)，表明cd2+的加入引起了半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子的聚集，使得其粒徑增大，并導(dǎo)致溶液顏色的變化。2.2.3合金納米粒子的edx及紅外表征合金中組成成分的分析由edx獲得(圖4a)，從圖中分析可得合金中銀和金的比值約為0.7:0.3，這與溶液中最初的銀金比例相吻合。紅外光譜表征結(jié)果如圖4b，在2500–2600cm-1處–sh的特征峰減弱，說明半胱氨酸通過巰基修飾于合金納米粒子表面。2.3實驗條件的優(yōu)化2.3.1半胱氨酸濃度的優(yōu)化水溶液中金銀合金納米粒子的聚集是通過cd2+和修飾在合金表面的半胱氨酸特異性結(jié)合而實現(xiàn)的，因此半胱氨酸的濃度對該檢測方法的檢測靈敏度有很大的影響。半胱氨酸的濃度越高合金就越容易聚集，但是半胱氨酸濃度過高時，多余的半胱氨酸會導(dǎo)致合金粒子之間的自聚集，導(dǎo)致檢測靈敏度的降低。在13.2μmcd2+存在下，隨這半胱氨酸濃度的增加，吸收峰比值增大，檢測效果越明顯(圖5a)，但當濃度超過23.33μm時，檢測效果明顯降低，因此，選擇23.33μm作為最佳的半胱氨酸濃度。2.3.2檢測時間的選擇圖5b為在常溫(25℃)條件下檢測時間對檢測結(jié)果的影響。從圖中可以看出半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子對cd2+的檢測在極短時間內(nèi)反應(yīng)完成，15min基本達到穩(wěn)定，因此，15min被選取為后續(xù)的反應(yīng)時間。2.3.3合金溶液ph值的影響考察了ph在5–11之間合金納米粒子對cd2+的檢測靈敏度的影響。圖5c顯示，在相同的cd2+濃度下，當ph＝6.0時可獲得最大的吸收峰比值，因此，選擇ph＝6.0進行檢測。2.3.3nacl濃度的影響合金溶液中的離子強度對檢測有較大的的影響，為使檢測靈敏度更高，研究了溶液中nacl濃度對檢測結(jié)果的影響(圖5d)，從圖中可以看出，隨著nacl濃度的增加靈敏度不斷提高，但當nacl濃度為0.024m時溶液開始產(chǎn)生聚集，因此nacl濃度為0.024m為最適濃度。2.4比色檢測水中cd2+在優(yōu)化條件下，繪制了檢測cd2+的工作曲線。如圖6a所示，隨著cd2+濃度的增大，溶液在435nm處的吸收峰不斷減小，而在600nm處出現(xiàn)的新的吸收峰不斷增強。cd2+檢測的工作曲線如圖6b所示，當cd2+濃度為0.4～38.6μm時(圖6b)，線性方程為y＝0.0142c+0.0858(r2＝0.9985)；最低檢測限為0.044μm。2.5選擇性實驗分別測定了cd2+、甲苯(met)、對氯硝基苯(4–nc)、二甲苯(xyl)、二苯胺(dpl)、ni2+、k+、ba2+、al3+、zn2+、co2+、cu2+、mg2+、hg2+、mn2+、na+、fe3+、pb2+在相同濃度(21.6μm)下金銀合金納米粒子溶液的吸收峰比值(圖7a)，結(jié)果顯示僅在加入cd2+時溶液有明顯的吸光度比值的變化，而其他干擾物基本無變化，表明該方法對cd2+檢測有很好的選擇性。2.6金銀合金納米粒子的穩(wěn)定性制備好的金銀合金納米粒子溶液在較長的時間內(nèi)仍保持澄清透明，其吸收光譜和吸收峰強度在15天內(nèi)幾乎沒有變化(圖7b)，表明合成的金銀合金納米粒子溶液有較好的穩(wěn)定性。2.7實際水樣的檢測分別取10μl預(yù)處理過的實際水樣，按照上述方法進行cd2+測定，并進行0.8、5.0、15.0μm三個水平cd2+濃度的加標回收實驗，記錄光譜數(shù)據(jù)并進行數(shù)學處理，計算得到的加標回收率為102.9％～110.0％(表1)，實驗結(jié)果令人滿意。表1樣品分析結(jié)果與回收率table1recoverytestoftheassayintapandlakesampleswithspikedcd2+3結(jié)論采用化學還原法同時還原h(huán)aucl4和agno3，成功合成了穩(wěn)定的金銀合金納米粒子。基于cd2+能引起半胱氨酸修飾的金銀合金納米粒子發(fā)生聚集導(dǎo)致溶液顏色發(fā)生變化，建立了一種對水中cd2+快速檢測的方法，該方法選擇性好、操作簡單、檢測時間短、儀器價廉，靈敏度較高，能夠滿足水中cd2+的檢測。當前第1頁12當前第1頁12