CN103048287B - 基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种 基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子测定方法 。利用纳米金与硫离子相互作用后其模拟过氧化物酶活性的变化，通过纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，从而表现出溶液颜色和紫外吸收光谱特征的变化。目视观察的检测限为2 μmol/L。吸光度值测定的线性范围为0.5~10 μmol/L，检测限为0.08 μmol/L。水样可通过简单的预处理后，采用该方法能很好地测定其中的硫离子含量。

Description

基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子测定方法
技术领域
本发明涉及以纳米金为模拟过氧化物酶的硫离子快速含量测定方法，属于分析化学和纳米技术领域。
背景技术
硫化物是造纸、石化、皮革等行业常见的化工原料和化学污染物，对水生态系统和人类健康均产生危害。在酸性条件下，硫化物转变为硫化氢，可危害细胞色素、氧化酶，造成细胞组织缺氧，甚至危及生命。同时硫化氢还腐蚀金属设备和管道，并可被微生物氧化成硫酸，加剧腐蚀性。因而，硫化物是水体污染的重要指标之一，需要建立可以提供现场实时检测水体中硫化物的可靠和高灵敏度方法。目前，硫化物的检测方法主要包括电化学、色谱等。然而，这些方法由于需要复杂的样品预处理过程，相对费时。此外，这些分析技术需要昂贵和先进的检测仪器，并由受过专业训练的人员操作，因此难以广泛应用。
可提供肉眼识别信号的比色法检测，具有简单，快速，适用于实时和现场检测等优点。基于纳米金的色度传感器近年来得到了广泛关注，其中的大部分均是基于纳米金聚集或聚集再分散过程中的等离子体耦合而产生的颜色变化。纳米金已越来越多地应用于比色法检测细胞、蛋白质、DNA、金属离子和小分子等。近来，谷胱甘肽、杯芳烃修饰的纳米金被作为显色探针用于硫离子的检测。但这些方法中纳米金复杂的修饰过程在一定程度上限制了它们的应用。
发明内容
本发明的目的是利用纳米金与硫离子相互作用后其模拟过氧化物酶活性的变化，通过纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，提供了一种快速、简便、灵敏的硫离子检测新方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是利用纳米金与硫离子相互作用后其模拟过氧化物酶活性的变化，通过纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，根据溶液颜色和/或紫外吸收光谱特征的变化，来测定硫离子浓度。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是利用目视观察溶液颜色特征以判断硫离子的浓度。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是利用紫外吸收光谱的吸光度值A652以判断硫离子的浓度。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是所使用的纳米金采用硼氢化钠还原氯金酸的方法制备，将500 μL浓度为 0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5毫升的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8毫升浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液，反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌而形成纳米金。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是按体积比为1:3将纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液混合，室温放置后，加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml浓度为20 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，混合后45 ℃温浴然后目视观察颜色特征或测定吸光度值A652，当目视观察颜色特征时，随着硫离子浓度的增大，显色液的颜色逐渐由深蓝色变为浅蓝色直至无色，目视观察的检测限为2 μmol/L；当测定吸光度值A652时，随着硫离子浓度的增大而吸光度值A652逐渐减小，在0.5~10 μmol/L 范围内吸光度值A652与硫离子浓度呈线性关系，检测限为0.08 μmol/L。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液的体积分别为0.1 mL和0.3 mL。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液混合后室温放置时间为1~15分钟，优选为1分钟。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是所使用磷酸盐缓冲溶液pH值为3~4.5，优选为4。
本发明所述的基于纳米金模拟过氧化物酶特性快速测定水样中硫离子的方法，包括如下步骤：取0.15 ml经0.22 μm滤膜过滤的水样，加入0.05 ml纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml  pH为4的20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液，20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液中含有7.4 mmol/L乙二胺四乙酸，混合后45 ℃温浴然后目视观察颜色变化或测定吸光度A652，根据溶液颜色与比色标准系列比较或通过吸光度值标准曲线进行定量，获得水样中的硫离子含量。
所述的基于纳米金模拟过氧化物酶特性快速测定水样中硫离子的方法，其特征是所使用的纳米金采用硼氢化钠还原氯金酸的方法制备，将500 μL浓度为 0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5毫升的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8毫升浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液，反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌而形成纳米金。
具体地说，本发明采用的技术方案为：
（一）纳米金的制备：
以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。纳米金的制备：首先，500 μL 浓度为0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5毫升的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8毫升浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液（加入时间控制在5分钟内），反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌1小时。所得的纳米金平均粒径为8.1±1.1 nm，4 ℃保存，能保持至少两个月的相对稳定。
（二）硫离子的测定
0.15 ml硫离子样品溶液中加入0.05 ml步骤（一）制备的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH=4，20 mmol/L），混合后45℃温浴10分钟，目视观察颜色的变化或测定652 nm波长处的吸光度值（A652）。根据溶液颜色与比色标准系列比较或通过吸光度值标准曲线进行定量。目视观察的检测限为2 μmol/L，吸光度测定的检测限为0.08 μmol/L。
本发明的优点：
（1）本发明利用纳米金与硫离子相互作用后其模拟过氧化物酶活性的变化，通过纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，从而表现出溶液颜色和紫外吸收光谱特征的变化，可以直接用于硫离子的含量检测。
（2）本方法所使用的纳米金直接由硼氢化钠还原氯金酸得到，无需进行进一步的修饰，制备过程简单快速。硫离子测定中无需加入氯化钠调节纳米金的稳定性。同时纳米金用量少，检测成本低。
（3）本发明对样品的处理要求低，水样中阳离子的影响只需通过加入乙二胺四乙酸掩蔽后即可测定。
（4）本发明的检测灵敏度高，通过肉眼观察颜色变化的检测限为2 μmol/L，分光光度法测定的检测限为0.08 μmol/L。
附图说明
图1为纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色的紫外吸收光谱图。
图2为与硫离子作用后的纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色的紫外吸收光谱图。
图3为pH值对显色体系吸光度的影响图。
图4为硫离子与纳米金混合时间对显色体系吸光度的影响图。
图5为不同浓度硫离子存在时显色体系的颜色变化图，具体颜色变化从左到右显示为，当不含硫离子时，溶液显深蓝色，随着硫离子浓度的增大，溶液颜色逐渐变浅，硫离子浓度为10 μmol/L时，溶液基本无色。
图6为不同浓度硫离子存在时显色体系的吸收光谱图。硫离子浓度：(a) 0, (b) 0.5, (c) 1, (d) 2, (e) 5, (f) 8, (g) 10, (h) 15, (i) 20 μmol/L。
具体实施方式
实施例1：
500 μL浓度为0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5 ml的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8 ml浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液（加入时间控制在5分钟内），反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌1小时。所得的纳米金平均粒径为8.1±1.1 nm，4 ℃保存，纳米金能保持至少两个月、相对稳定。以上过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。
实施例2：
取0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.825 ml磷酸盐缓冲溶液（pH=4，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，混合溶液变为蓝色，最大吸收波长为652 nm（见图1）。
实施例3：
取0.15 ml浓度为20 μmol/L的硫离子样品溶液加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH=4，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，混合溶液仍为无色，在652 nm波长处几乎没有吸收（见图2）。
实施例4：
取0.15 ml浓度为10 μmol/L的硫离子样品溶液加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml不同pH值的磷酸盐缓冲溶液（pH=3~6.5，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，测定652 nm波长处吸光度。空白对照中以0.15 ml双蒸水代替硫离子样品溶液。如图3所示，硫离子对纳米金模拟过氧化酶活性的抑制所导致的ΔA652（空白对照组A652减去实验组A652）在pH 3~4.5之间最大，随着pH值继续增大而减小。
实施例5：
取0.15 ml浓度为10 μmol/L的硫离子样品溶液加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置不同时间（1~15 分钟），在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH 4，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，测定652 nm波长处吸光度。空白对照中以0.15 ml双蒸水代替硫离子样品溶液。如图4所示，硫离子对纳米金模拟过氧化酶活性的抑制所导致的ΔA652（空白对照组A652减去实验组A652）在1分钟内即可达到最大，随着时间延长保持恒定。
实施例6：
取0.15 ml不同浓度的硫离子样品溶液加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH 4，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，目视观察颜色的变化，结果如图5所示。当不含硫离子时，溶液显深蓝色，随着硫离子浓度的增大，溶液颜色逐渐变浅，硫离子浓度为10 μmol/L时，溶液基本无色，检测限为2 μmol/L。
实施例7：
取0.15 ml不同浓度的硫离子样品溶液加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH 4，20 mmol/L），混合后45 ℃温浴10分钟，测定吸收光谱，结果如图6所示。随着硫离子浓度的增大，最大吸收波长处的吸光度（A652）逐渐减小，在0.5~10 μmol/L 范围内A652与硫离子浓度呈线性关系，检测限为0.08 μmol/L。
实施例8：
取0.15 ml经0.22 μm滤膜过滤的水样，加入0.05 ml实施例1制得的纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 ml浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 ml浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 ml磷酸盐缓冲溶液（pH 4，20 mmol/L，其中含7.4 mmol/L乙二胺四乙酸），混合后45 ℃温浴10分钟，目视观察颜色变化或测定吸光度A652。结合实施例7计算水样中硫离子的含量，样品的测定回收率为94%~99%，相对标准偏差为0.3~1.1%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是利用纳米金与硫离子相互作用后其模拟过氧化物酶活性的变化，通过纳米金催化过氧化氢氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐显色，根据溶液颜色和/或紫外吸收光谱特征的变化，来测定硫离子浓度;利用目视观察溶液颜色特征以判断硫离子的浓度和/或利用紫外吸收光谱的吸光度值A652以判断硫离子的浓度，当目视观察颜色特征时，随着硫离子浓度的增大，显色液的颜色逐渐由深蓝色变为浅蓝色直至无色，目视观察的检测限为2 μmol/L；当测定吸光度值A652时，随着硫离子浓度的增大而吸光度值A652逐渐减小，在0.5~10 μmol/L 范围内吸光度值A652与硫离子浓度呈线性关系，检测限为0.08 μmol/L;所使用的纳米金采用硼氢化钠还原氯金酸的方法制备，将500 μL浓度为 0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5毫升的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8毫升浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液，反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌而形成纳米金。
2.根据权利要求1所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是按体积比为1:3将纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液混合，室温放置后，加入0.075 mL浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 mL浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 mL浓度为20 mmol/L的磷酸盐缓冲溶液，混合后45 ℃温浴然后目视观察颜色特征或测定吸光度值A652，当目视观察颜色特征时，随着硫离子浓度的增大，显色液的颜色逐渐由深蓝色变为浅蓝色直至无色，目视观察的检测限为2 μmol/L；当测定吸光度值A652时，随着硫离子浓度的增大而吸光度值A652逐渐减小，在0.5~10 μmol/L 范围内吸光度值A652与硫离子浓度呈线性关系，检测限为0.08 μmol/L。
3.根据权利要求2所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液的体积分别为0.1 mL和0.3 mL。
4.根据权利要求2所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是纳米金溶液和含不同浓度硫离子的溶液混合后室温放置时间为1~15分钟。
5.根据权利要求2所述的基于纳米金模拟过氧化物酶的硫离子快速测定方法，其特征是所使用磷酸盐缓冲溶液pH值为3~4.5。
6.一种基于纳米金模拟过氧化物酶特性快速测定水样中硫离子的方法，包括如下步骤：取0.15 mL经0.22 μm滤膜过滤的水样，加入0.05 mL纳米金溶液，混合后在室温放置1分钟，在混合溶液中加入0.075 mL浓度为8 mol/L的过氧化氢、0.05 mL浓度为16 mmol/L的3,3’,5,5’-四甲基联苯胺盐酸盐、0.675 mL  pH为4的20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液，20 mmol/L磷酸盐缓冲溶液中含有7.4 mmol/L乙二胺四乙酸，混合后45 ℃温浴然后目视观察颜色变化或测定吸光度A652，根据溶液颜色与比色标准系列比较或通过吸光度值标准曲线进行定量，获得水样中的硫离子含量;所使用的纳米金采用硼氢化钠还原氯金酸的方法制备，将500 μL浓度为 0.1 g/L 氯金酸水溶液用39.5毫升的水稀释，在剧烈搅拌下加入0.8毫升浓度为0.1 g/L的硼氢化钠水溶液，反应溶液颜色从浅黄色变成酒红色，暗处继续快速搅拌而形成纳米金。
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