CN103528969A - 一种二价铜离子的检测方法与试剂盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二价铜离子检测试剂及检测方法，具体地，本发明提供了一种含有有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子的二价铜离子检测试剂或试剂盒，及用所述的试剂或试剂盒检测二价铜离子的方法。本发明的试剂盒具有检测快速，实验条件简易，结果准确等特征。

Description

一种二价铜离子的检测方法与试剂盒

技术领域

本发明属于金属离子检测领域，具体涉及一种快速、灵敏、简便地检测水溶液中低浓度二价铜离子(Cu²⁺)的方法与试剂盒。

背景技术

近年来，随着科学及各种工业技术的高速发展，为社会带来了巨大的经济利益，促进了国民经济的发展，但同时也让生态环境付出了惨痛的代价。以化工产业为例，其发展造成了大量化学物质污染问题，其中以重金属污染最为突出，严重威胁人类的身体健康。据环保部公布的《2013年上半年全国环境质量状况》显示，2013年上半年，12个地表水国控断面(点位)共出现22次重金属超标现象。涉及重金属污染的行业范围广，主要包括矿物开采及冶炼、电镀、皮革、农药、化工及IT行业等。这些污染物被排放到江河湖泊，甚至渗入到地下水中引起更为严重的水质污染，不但使得环境生态系统遭到破坏，也使饮用水源受到污染。重金属毒性大，降解难，可通过饮用被污染水源直接作用于人畜，也可通过水生动植物吸收并富集，通过食物链危害人畜的安全，严重危害人们的身体健康。重金属污染事件接二连三地发生，已引起各方的高度关注，因此，这对环境检测方式及方法提出了更高的要求。

所有重金属污染中，因铜元素涉及的行业广泛，所以Cu²⁺是广泛存在于生态环境中的重金属离子。铜元素是生命必需的微量元素之一，Cu²⁺在人体内的适量存在有利于维持正常的生命活动，尤其与人体的造血功能密切相关，参与人体的抗氧化作用及某些酶反应过程。然而铜过量时，会对生物体及人类造成巨大的危害，过量的Cu²⁺可与生物体中蛋白质的巯基结合，干扰巯基酶的活性。人体铜中毒表现为腹痛，皮疹、腹泻、呕吐，呕吐物为绿色。当铜含量超过人体所需量的100-150倍时，可引起坏死性肝炎和溶血性贫血。因此，对于环境中Cu²⁺过量的检测需引起足够的重视。

目前，检测包括Cu²⁺在内的重金属离子方法，主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。然而这些方法中或多或少都存在一些缺陷，如样品制备步骤复杂、干扰离子影响严重、仪器价格昂贵、检测时间长、不能实时实地检测等，实际应用受到了一定的限制。近年来，基于功能化贵金属纳米粒子的重金属离子传感器检测方法得到了广泛深入的发展，例如中国专利公布或公告号201010251278.8、201110299385.2、201110363954.5、201110378260.9、201210310138.2、201010194041.0等公开的方法，在金/银纳米粒子表面修饰某特异性检测试剂，通过与特定金属离子的络合、氧化还原反应等，导致金/银纳米粒子大小、间距及形貌等发生变化(团聚、粒径变化等)，进而导致溶液颜色及紫外可见吸收峰位及强度发生变化。此方法快速、简便、样品处理简单、经济、能够实现现场实时检测，可实现Hg²⁺、Cr³⁺、Cr(VI)、Co²⁺、Pb²⁺和Mn²⁺的肉眼比色检测，成为重金属离子检测的一个重要研究方向。同时，该方法在铜检测上也得到了一定的应用。在专利申请号为201210097477.7的专利中，介绍了一种快速灵敏检测Cu²⁺的方法，该检测体系利用绿色环保试剂淀粉类试剂保护，葡萄糖还原制备了单分散性银纳米粒子，弱酸性环境下，Cu²⁺与银纳米粒子发生氧化-还原反应，将纳米粒子刻蚀，使其粒径变小，导致银纳米粒子表面等离子体共振吸收发生变化，进而使溶液颜色及紫外可见吸收强度发生变化，从而达到检测Cu²⁺的目的。但该方法检测灵敏度略差，响应时间略长，并且没有具体的检测方式成型。

因此，探索一种经济、快速、简便、灵敏度高、反应更迅速的Cu²⁺检测方法，并将其制作成一种便于携带、可实时实地检测的试剂盒，广泛应用于污水处理、医学分析、食品分析、空气及土壤质量分析等领域，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测灵敏度高且经济、快速、简便和能现场检测水溶液中Cu²⁺的检测方法和试剂盒。该方法和试剂盒不仅适用于水溶液体系中Cu²⁺的检测，而且可以用来检测固态环境样品或者土壤及漂浮在大气中的灰尘经过处理后获得的水溶液中的Cu²⁺。

本发明的第一方面，提供了一种二价铜离子的检测试剂，所述试剂包括有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子和氯离子源。

在另一优选例中，所述的试剂为溶液形式。

在另一优选例中，所述的试剂是酸性的或含有酸性物质。

在另一优选例中，所述的“包裹”指防止银纳米粒子产生团聚。

在另一优选例中，所述的氯离子源包括HCl、氯化物、或其组合。

在另一优选例中，所述的酸性物质包括无机酸(如盐酸、硝酸、硫酸)、有机酸等。

在另一优选例中，所述的氯离子源和所述酸性物质是相同的。

在另一优选例中，所述“有效量”指可配制成浓度如下的溶液，或试剂处于以下浓度：

表面活性剂包裹的银纳米粒子的浓度为2.0×10^-2M～2.0×10^-6M，以银元素的浓度计算；

氯离子浓度为0.01～0.5M。

在另一优选例中，所述的试剂是定性检测试剂或定量检测试剂。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，较佳地，为水溶性非离子表面活性剂。

在另一优选例中，所述的表面活性剂选自下组：吐温类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺，或其组合。

在另一优选例中，所述的吐温类表面活性剂选自下组：吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85，或其组合。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为吐温20。

在另一优选例中，在所述的试剂中，所述的表面活性剂的浓度为0.5～10wt%，更佳地为0.8～5wt%。

在另一优选例中，所述的试剂为液态，且pH=1.5～4.0。

在另一优选例中，所述试剂的pH=2.0～3.5。

在另一优选例中，所述试剂的肉眼比色检测下限为0.05μM。

在另一优选例中，所述试剂利用紫外－可见光谱方法的检测下限为≤0.0075μM。

在另一优选例中，当用于定量检测时，所述试剂的检测限范围为0.0075-2.0μM。

本发明的第二方面，提供了一种二价铜离子的检测试剂盒，所述试剂盒包括组分(a)和组分(b)，其中，组分(a)选自下组：

(a1)银纳米粒子；和/或

(a2)水溶性银纳米粒子前驱体，或水溶性银纳米粒子前驱体水溶液；和

还原性试剂，所述的还原性试剂用于将水溶性纳米粒子前驱体转化为银纳米粒子；

组分(b)包括：

(b1)表面活性剂；和

(b2)任选的含氯离子的试剂；和

(b3)任选的pH调节试剂。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，较佳地，为水溶性非离子表面活性剂。

在另一优选例中，所述的表面活性剂选自下组：吐温类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺，或其组合。

在另一优选例中，所述的吐温类表面活性剂选自下组：吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85，或其组合。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为吐温20。

在另一优选例中，所述的含氯离子的试剂选自下组：盐酸、氯化锰、氯化锌、氯化铝、氯化钡、氯化钾、氯化钙、氯化钠，或其组合；较佳地为盐酸。

在另一优选例中，所述的pH调节试剂为强酸和/或强碱，较佳地，所述的pH调节试剂选自下组：氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、盐酸；更佳地，所述的pH调节试剂为盐酸。

在另一优选例中，所述的试剂盒还包括紫外-可见分光光度计。

在另一优选例中，所述的试剂盒还包括比色卡。

在另一优选例中，所述的试剂盒还包括移液装置，较佳地，所述的移液装置为移液器、移液枪或滴管。

在另一优选例中，所述的水溶性银纳米粒子前驱体为水溶性银盐，优选地选自下组：硝酸银、高氯酸银、氟化银，或其组合；和/或

所述的还原性试剂选自下组：硼氢化钠、硼氢化钾，或其组合，优选为硼氢化钠。

本发明的第三方面，提供了一种如本发明第一方面所述的试剂的制备方法，所述方法包括步骤：

提供一水溶性银纳米粒子前驱体的水溶液；

将所述的水溶液加入表面活性剂溶液中，形成表面活性剂-银纳米粒子前驱体混合液；

在上述混合液中加入还原性试剂，得到表面活性剂包裹的银纳米粒子；

将所述的表面活性剂包裹的银纳米粒子与氯离子源进行组合或混合，从而形成本发明第一方面所述的试剂。

在另一优选例中，所述的制备方法还包括步骤：在所述表面活性剂包裹的银纳米粒子试剂中加入含氯离子的试剂。

在另一优选例中，所述的制备方法还包括步骤：调节所述检测液的pH值至溶液呈酸性，较佳地，调节所述检测液的pH值至1.5～4.0；更佳地，调节所述检测液的pH值至2.0～3.5。

在另一优选例中，所述的水溶性银纳米粒子前驱体的水溶液是市售或现制的水溶液。

本发明的第四方面，提供了一种二价铜离子的检测方法，所述方法包括步骤：用如本发明第一方面所述的试剂或如本发明第二方面所述的试剂盒检测待测样品中的二价铜离子。

在另一优选例中，所述的检测方法是定性检测方法和/或定量检测方法。

在另一优选例中，所述的待测样品是环境样品或生物样品。

在另一优选例中，所述的待测样品为水溶液。

在另一优选例中，所述的待测样品是选自下组的样品经过处理制成的水溶液：环境水样、土壤、大气粉尘、食品、人体组织。

在另一优选例中，所述的待测样品是选自下组的样品：河水水样、湖水水样、工矿水样、电器水样、电镀水样、土壤水溶液、大气可吸入颗粒物水溶液、食品水溶液、人体体液水溶液。

本发明的第五方面，提供了一种二价铜离子的检测方法，所述方法包括步骤：

提供一检测液，所述检测液包括有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子和氯离子源，且所述检测液的pH=1.5～4.0；

将待测样品加入所述的检测试剂中，形成检测混合液；和

通过所述检测混合液的光谱学特征，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度。

在另一优选例中，所述检测液是用如本发明第二方面所述的试剂盒中的试剂配置得到。

在另一优选例中，所述的光谱学特征选自下组：颜色、吸光度、透光度，或其组合。

在另一优选例中，所述方法还包括：用肉眼观察所述检测混合液的颜色。

在另一优选例中，所述方法还包括：用仪器分析方法检测所述检测混合液的颜色。

在另一优选例中，所述的仪器分析方法选自下组：分光光度检测法、紫外-可见吸收光谱法。

在另一优选例中，所述方法的肉眼比色检测下限为0.05μM。

在另一优选例中，所述方法利用紫外－可见光谱方法的检测下限为≤0.0075μM。

在另一优选例中，当用于定量检测时，所述方法的检测限范围为0.0075-2.0μM。

在另一优选例中，所述方法还包括：将与所加入的待测样品体积相同的去离子水加入所述的试剂中，形成对照混合液；和

通过所述对照混合液和所述检测混合液的颜色差，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度。

在另一优选例中，所述的检测试剂通过如本发明第三方面所述的制备方法得到。

在另一优选例中，用如本发明第二方面所述的试剂盒中的各组分组合，从而得到所述的检测试剂。

在另一优选例中，所述方法还包括：

用所述检测混合液与标准样品进行比较，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度；

或所述方法包括：对所述检测混合液作光谱分析，并将所得结果与标准曲线对比。

在另一优选例中，所述的标准曲线是通过如下方法制得：

向如本发明第一方面所述的试剂中分别加入不同含量的含二价铜离子的试剂，制得含有不同浓度的二价铜离子的多个检测混合液；

测量各检测混合液的光谱学特征；

绘制“检测混合液的光谱学特征-二价铜离子浓度”曲线，或绘制“相对光谱学特征-二价铜离子浓度”曲线，作为标准曲线。

在另一优选例中，所述的检测混合液的光谱学特征是各检测混合液的紫外-可见吸光度或紫外-可见透光度。

在另一优选例中，所述的相对光谱学特征是各检测混合液相对对照混合液的紫外-可见吸光度之差。

在另一优选例中，所述的含二价铜离子的试剂选自下组：二价铜盐、二价铜盐溶液，或其组合。

在另一优选例中，所述方法包括：用所述检测混合液与标准比色卡进行对比。

本发明的第六方面，提供了一种检测样本中铜元素浓度的方法，所述方法包括步骤：对样品进行预处理，使样品中的铜元素全部转化为Cu²⁺，然后用如本发明第四或第五方面所述的方法进行检测。

在另一优选例中，所述的检测是定性或定量检测。

应理解，在本发明范围内，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1显示了实施例1中，不同浓度Cu²⁺存在时检测混合液颜色的变化。

图2显示了实施例2中，不同浓度Cu²⁺在300～700nm处的紫外可见吸收图谱，其中，在405nm处，所有不同浓度的Cu²⁺溶液随着浓度的增加，出现了吸光度的递减。

图3显示了对照混合液与含有铜离子标准溶液紫外可见吸光度比值(A₀/A)与Cu²⁺浓度的标准曲线图。

图4其它离子存在时及铜离子与其他离子共存时检测液的抗干扰程度图片及紫外吸收检测。

具体实施方式

本发明人经过长期而深入的研究发现，Cu²⁺可以与银纳米粒子及溶液中的溶解氧相互作用循环刻蚀利用吐温等非离子表面活性剂包裹的银纳米粒子，导致银纳米粒子表面等离子体共振吸收峰强度发生变化，溶液颜色变浅。基于上述发现，发明人完成了本发明。

用于检测二价铜离子的检测液

本发明提供了一种二价铜离子的检测试剂，所述试剂包括有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子、氯离子及酸性环境。

在另一优选例中，所述的试剂为溶液。

在另一优选例中，所述的“包裹”指防止银纳米粒子产生团聚。

在另一优选例中，所述试剂中，表面活性剂包裹的银纳米粒子的浓度为2.0×10^-2M～2.0×10^-6M，以银元素的浓度计算。

其中，所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，较佳地，为水溶性非离子表面活性剂。

在另一优选例中，所述的表面活性剂选自下组：吐温类表面活性剂、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺，或其组合。

在另一优选例中，所述的吐温类表面活性剂选自下组：吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85，或其组合。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为吐温20。

在另一优选例中，在所述的试剂中，所述的表面活性剂的浓度为0.5～10wt%，更佳地为0.8～5wt%。

较佳地，所述的试剂中还含有Cl^-，且所述试剂的pH=1.5～4.0。

在另一优选例中，所述试剂的肉眼比色检测下限为0.05μM。

在另一优选例中，所述试剂利用紫外－可见光谱方法的检测下限为≤0.0075μM。

优选地，所述的试剂用于定量检测Cu²⁺浓度范围为0.0075-2μM的样品。当样品中二价铜离子浓度为≥2μM时，可以通过稀释等方式将其转化为0.0075-2μM的样品，然后进行检测。

检测液的制备

用于本发明的检测液的制备所用试剂包括由水溶性非离子表面活性剂、水溶性银纳米粒子前驱体以及还原剂组成，其具体性质及相互关系如下：

1.非离子表面活性剂

本发明中所用水溶性非离子表面活性剂无特别限制，包括吐温类(吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85)、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺，优选为吐温20；其浓度为0.5～10%(wt)，更佳地为0.8～5%(wt)。

2.水溶性银纳米粒子前驱体

可用于本发明的水溶性银纳米粒子前驱体无特别限制。可以是任意能够解离出银离子的各类水溶性银盐，包括硝酸银、高氯酸银、氟化银，优选为硝酸银；其浓度为5～100mmol/L，更佳地为10～50mmol/L。

3.还原剂

可用于本发明的还原剂无特别限制，可以是任何能够与银离子反应并将待测液中银离子还原成银纳米粒子的还原剂。所述的还原剂包括硼氢化钠水溶液、硼氢化钾水溶液一种或其组合，优选为硼氢化钠；其浓度为0.05～1mmol/L/L，更佳地为0.1-0.5mmol/L/L。

4.pH

可用于本发明的检测液的pH值范围为酸性，可以通过加入定量盐酸(0.1mol/L/L)调节所述的检测液的酸度及氯离子含量，并扩大最低检测限度、提高检测灵敏度，较佳地，每800μL检测液中盐酸(0.1mol/L)的含量为50～200μL，更佳地，为100～160μL。若溶液的pH过低，采用氢氧化钠(0.1mol/L)回调。

具体检测液制备方法：

取硝酸银水溶液1mL加入到100mL非离子表面活性剂溶液中，在磁力搅拌的条件下，缓慢地逐滴加入1mL硼氢化钠水溶液，室温下磁力搅拌30分钟，可获得非离子表面活性剂包裹的银纳米粒子检测液，室温避光放置24小时备用。

肉眼比色检测二价铜离子

取600～750μL已制备的银纳米粒子溶液加入到A、B两试管中，分别各自加入50～200μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液A、B；向检测液A中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液C；向检测液B中加入200μL待检测水样，得到检测混合液D；静置10分钟，对比检测混合液D相对于对照检测混合液C的颜色变化，若检测混合液D颜色变为无色或颜色变浅，则说明待检测水样中含有Cu²⁺，且浓度高于0.05μM；如果检测混合液D相对于对照检测混合液C颜色无明显变化，则不含Cu²⁺或者所含Cu²⁺浓度低于0.05μM(如图1)。

通过紫外-可见吸收图谱及标准曲线检测二价铜离子

为进一步确定无颜色变化的检测混合液中Cu²⁺的浓度，需绘制紫外-可见吸收强度与Cu²⁺浓度的标准曲线。所述的标准曲线可以是标准样品的“光谱学特征-Cu²⁺浓度”曲线。其中，所述的光谱学特征可以是吸光度，相对吸光度，透光度等。

一种优选的所述的标准曲线制作方法如下：分别测定检测混合液C和检测混合液D的紫外-吸收光谱最高峰吸收强度值，具体为：配制各种已知浓度的Cu²⁺溶液，按照检测混合液D的配制方式，制备一系列检测混合液，将制备的检测混合液在300～700nm处对其进行吸光度的分析，可见在405nm处，所有不同检测混合液随着Cu²⁺浓度的增加，吸光度递减，如图2所示。以上述各已知Cu²⁺浓度作为横坐标(X)，以405nm处对照混合液的吸光度(A₀)与各浓度Cu²⁺溶液的吸光度(A)的比值(A₀/A)即“相对紫外-可见光吸收值”作为纵坐标(Y)，得出其散点图，并计算出二者的线性关系：Y＝2.0486X+1.0007(R2=0.9956)(式1)；Y＝5.726X-0.13975(R²=0.992)(式2)，如图3所示。该方法最低检出限为7.5nM。按照本发明工作中标准曲线的方法进行计算，确定待检测水样中Cu²⁺浓度，达到对Cu²⁺的定性及定量分析。

在测定未知浓度的检测液时，将405nm处对照检测混合液的吸光度(A₀)与含未知浓度Cu²⁺的检测混合液的吸光度(A)的比值(A₀/A)代入式1或式2的Y中，即可获得二价铜离子浓度X的数值。

试剂盒

本发明还提供了一种用于检测二价铜离子的试剂盒，所述试剂盒包括组分(a)和组分(b)，其中，组分(a)选自下组：

(a1)银纳米粒子；和/或

(a2)水溶性银纳米粒子前驱体，或水溶性银纳米粒子前驱体水溶液；和

还原性试剂，所述的还原性试剂用于将水溶性纳米粒子前驱体转化为银纳米粒子；

组分(b)包括：

(b1)表面活性剂；和

(b2)任选的含氯离子的试剂；和

(b3)任选的pH调节试剂。

其中，所述的表面活性剂优选为非离子表面活性剂，较佳地，为水溶性非离子表面活性剂。在另一优选例中，所述的表面活性剂选自下组：吐温类表面活性剂(包括但并不限于，吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85，或其组合)、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺，或其组合。

在另一优选例中，所述的表面活性剂为吐温20。

所述的含氯离子的试剂选自下组：盐酸、氯化锰、氯化锌、氯化铝、氯化钡、氯化钾、氯化钙、氯化钠，或其组合；较佳地为盐酸。

所述的pH调节试剂为强酸和/或强碱，较佳地，所述的pH调节试剂选自下组：氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸、盐酸；更佳地，所述的pH调节试剂为盐酸。

在其他的优选例中，所述的试剂盒还可以包括其他的检测辅助装置，优选的检测辅助装置包括(但并不限于)：紫外-可见分光光度计、比色卡、移液装置(如移液器、移液枪、滴管等)。

一种优选的可用于本发明的试剂盒包括以下内容：

（a）已制备好的非离子表面活性剂包裹的银纳米粒子；

（b）浓度为0.1M的盐酸溶液；

（c）不同浓度梯度颜色变化比色卡；

（d）不同型号移液器及对应的一次性移液器枪头；

（e）比色试管；

（f）便携式紫外-可见分光光度计；

（g）使用说明书；

其中，不同浓度梯度颜色变化比色卡用于肉眼比色、半定量检测待检测样品中Cu²⁺浓度。

说明书中描述了具体检测混合液的配制方法及检测方法，及其标准工作曲线，并说明了该标准工作曲线的使用方法。

其中(d)、(e)不同型号分别位于独立的容器或包装中。

待测样本

本发明方法及试剂盒可用于检测任何含Cu²⁺的样品，还可适用于任何可转化为Cu²⁺的其他价态铜的样品。主要包括(但并不限于)：环境中的水样、固态环境样品、人体组织浸出液样品、漂浮在大气中的灰尘等经过处理后获得的溶液。其中，所述溶液的溶剂为水。

本发明的有益效果包括：

1.特异性、灵敏地检测Cu²⁺的浓度：本发明方法通过银纳米粒子能准确判断样本中是否含有Cu²⁺，并在Cu²⁺浓度较低时(<10^-6mol/L)，也能不受样本中其他离子(如Mn²⁺,Zn²⁺,Al³⁺,Ba²⁺,K⁺,Ca²⁺,Zn²⁺,Cr₂O₇ ^2-,Na⁺,NO₃ ^-,SO₄ ^2-,PO₄ ^3-等)的干扰(如图4)，较准确地测出待测样品中的Cu²⁺浓度。

2.操作简单、快速：本发明制备方法简单，检测操作简便、快速，可实时实地现场检测。利用Cu²⁺选择性刻蚀非离子表面活性剂包裹的银纳米粒子可快速测量Cu²⁺的浓度。且本发明方法所用的前驱体、中间产物均为溶于水的无机离子，无毒无害，环保无污染。

3.对测定对象的限制较少：本发明适用的对象可以为含Cu²⁺的水样或其它含铜环境样品处理成Cu²⁺水溶液及人体水溶液样品，具有广泛的推广和应用价值。

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。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。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。

通用方法：检测试剂的制备

取20mmol/L的硝酸银水溶液1mL加入到100mL0.5～10%(wt)的吐温20溶液中，在磁力搅拌的条件下，缓慢地逐滴加入1mL0.1mmol/L的硼氢化钠水溶液，室温下磁力搅拌30分钟，可得到吐温20包裹的银纳米粒子检测液，放置24小时备用。

配制浓度为0.1mol/L盐酸。

实施例1：检测含不同浓度Cu²⁺的水溶液标准品

1.1配制含不同浓度Cu²⁺的水溶液标准品：

取17.05mg氯化铜溶解于10mL去离子水中，配制浓度为0.01mol/L的氯化铜溶液。然后以逐级稀释的形式得到含Cu²⁺的浓度分别为0.0050、0.0075、0.010、0.050、0.075、0.10、0.20、0.50、0.75、1.0、2.0、5.0、10.0、及100μM的标准品及空白品(Cu²⁺浓度为0μM)。

1.2肉眼比色及紫外-可见光谱方法检测及结果

分别向同样规格的15个试管中加入相同体积已制备好的银纳米粒子，分别加入等体积的盐酸(0.1mol/L)使其总体积达到800μL，即为检测液；分别向15个盛有检测液的试管中加入200μL1.1中获得的空白品及标准品(待检测样品)，获得14个试管的检测混合液。10分钟后，观察该15个试管的颜色变化情况。

检测结果如图1所示，当Cu²⁺的浓度≥1μM时检测混合液变为无色，当Cu²⁺的浓度介于1μM与0.05μM之间时，混合检测液的浓度随Cu²⁺浓度的递减呈现一个梯度的颜色变化：由淡黄到深黄。当Cu²⁺的浓度0.0075μM与0.05μM之间时，颜色变化无法用肉眼识别，需通过紫外-可见光光谱吸收值-Cu²⁺工作曲线来具体测定待检测水样中Cu²⁺的浓度，或通过将高浓度铜离子进行稀释，利用工作曲线来具体测定待检测水样中Cu²⁺的浓度。

实施例2：检测混合液的紫外-可见光谱吸收值比值-Cu²⁺浓度工作曲线的绘制

2.1配制如实施例1.1所示含有不同浓度Cu²⁺的标准品和空白品。

2.2每个样品分别在10分钟时对其进行波长范围为300nm～700nm的紫外-可见吸收光谱检测，得到其在波长为405nm处的紫外可见吸收强度，如图2所示。将空白品的紫外可见吸收强度A₀与各检测混合液的紫外可见吸收强度A相比，得到A₀/A的值为纵坐标，以各检测混合液中所对应的Cu²⁺浓度为横坐标作图，可发现在0.0075μM到0.2μM及0.2μM到2μM分别呈现出两个线性关系，如图3a、3b、3c所示。

相对于肉眼比色，通过如图3所示的工作曲线能检测到Cu²⁺更低的浓度。即本实施例所获得的标准工作曲线可用于检测含更低浓度Cu²⁺的待检测样品。

实施例3：检测Cu²⁺试剂盒的制备

3.1根据实施例1中空白样品及不同浓度Cu²⁺存在时检测混合液颜色变化梯度，制备比色卡。

3.2根据实施例2的做法绘制紫外-可见光谱吸收值比值-Cu²⁺浓度工作曲线，并进行印制，书写使用说明。

3.3设计整体试剂盒外观及布局，配置检测时所需移液器、对应一次性枪头、比色试管。

3.4书写试剂盒整体使用说明书。

实施例4河水、湖水、海水水样中Cu²⁺的检测

4.1银纳米粒子的制备：取20mmol/L的硝酸银水溶液1mL加入到100mL0.5～10%(wt)的吐温20溶液中，在磁力搅拌的条件下，缓慢地逐滴加入1mL0.1mmol/L的硼氢化钠水溶液，室温下磁力搅拌30分钟，可得到吐温20包裹的银纳米粒子检测液，放置24小时备用。配制浓度为0.1mol/L盐酸。

4.2待检测样品的采集：在河、湖、海的不同地点同样深度处用水样采集瓶采集水样S4.1～S4.3，放置待检。

4.3待检测样品的检测：取660μL4.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入140μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液A、B；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。一份检测混合液的颜色未变色，为浅黄色，说明不一定含有Cu²⁺；若含有Cu²⁺，则其浓度小于0.05μM。另两份检测混合液中其中一份变为无色，说明Cu²⁺浓度高于1μM。另一份相对于对比检测混合液颜色变淡，说明Cu²⁺浓度高于0.05μM，且低于1μM。

对未变色的检测混合液进行紫外-可见光谱测量其在300-700nm处紫外可见吸收强度的变化，将在405nm的对照混合液和检测混合液吸光度比值代入本发明中标准工作曲线的方法进行计算，得到待检测液中Cu²⁺的结果见表1。

表1

实施例5铜锌矿区和冶炼厂、加工厂水样中Cu²⁺的检测

5.1银纳米粒子的制备：方法基本同实施例4的4.1，不同之处在于，用聚乙烯吡咯烷酮替代吐温20。

5.2待检测水样的采集：于工厂的废水排放口处不同地点取样。在不同时间同一地点采集相同体积的水样，后将其混合均匀，得到待检测水样S5.1～S5.4。

5.3待检测样品的检测：取700μL5.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入100μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。一份检测混合液的颜色未变色，为浅黄色，说明不一定含有Cu²⁺；若含有Cu²⁺，则其浓度小于0.05μM。另三份检测混合液中其中两份变为无色，说明Cu²⁺浓度高于1μM。另一份相对于对比检测混合液颜色变淡，说明Cu²⁺浓度高于0.05μM，且低于1μM。将其与实施例2中得到的比色卡对比颜色变化，得到小范围大致浓度。

对各检测混合液进行紫外-可见光谱测量其在300-700nm处紫外可见吸收强度的变化，将在405nm的对照混合液和检测混合液吸光度比值代入本发明中标准工作曲线的方法进行计算，得到待检测液中Cu²⁺的结果见表2。

表2

实施例6土壤中Cu²⁺的检测

6.1银纳米粒子的制备：方法基本同实施例4的4.1，不同之处在于，用吐温60替代吐温20。

6.2待检测水样的采集：首先在土壤检测区域多点采样，然后将样品混合均匀，得到待检测土壤样品。将土壤样品用HNO₃-HF-HClO4混酸体系消化后，得到Cu²⁺溶液待检测水样S6.1～S6.4。

6.3待检测样品的检测：取700μL6.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入100μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。四份检测混合液的颜色均发生变化，说明待检测样品中一定含有Cu²⁺，且其浓度≥0.05μM。其中一份检测混合液变为无色，说明Cu²⁺浓度≥1μM。另三份相对于对比检测混合液颜色不同程度的变淡，说明Cu²⁺浓度高于0.05μM，且低于1μM。将其与实施例2中得到的比色卡对比颜色变化，得到小范围大致浓度。结果见表3.

表3

实施例7大气可吸入物中Cu元素的检测

7.1银纳米粒子的制备：方法基本同实施例4的4.1，不同之处在于，用聚丙烯酰胺替代吐温20。

7.2待检测样品的采集：通过特定的空气采样器，在需检测区域以恒速抽取一定体积的空气，使空气中粒径小于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HNO₃-HF-HClO₄混酸体系消化后，得到Cu²⁺溶液待检测水样S7.1～S7.2。

7.3待检测样品的检测：取670μL7.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入130μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。其中一份检测混合液颜色相对于对比检测混合液无颜色变化，说明不一定含有Cu²⁺；若含有Cu²⁺，则其浓度小于0.05μM。另一份检测混合液的颜色发生变化，相对于对比检测混合液颜色变淡，说明一定含有Cu²⁺，且其浓度高于0.05μM低于1μM。将其与实施例2中得到的比色卡对比颜色变化，得到小范围大致浓度。

对各检测混合液进行紫外可见光谱测量其在300-700nm处紫外可见吸收强度的变化，将在405nm的对照混合液和检测混合液吸光度比值代入本发明中标准曲线的工作方法进行计算，得到待检测液中Cu²⁺的结果见表4。

表4

实施例8人体尿液中Cu²⁺的检测

8.1银纳米粒子的制备：方法基本同实施例4的4.1，不同之处在于，用吐温40替代吐温20。

8.2待检测样品的采集：将得到的两份人体尿液试样用酸加热消解，使尿液试样中的有机组分被完全氧化，最后用氢氧化钠调节pH至中性，过滤，即得到待检测样品S8.1和S8.2。

8.3待检测样品的检测：取670μL8.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入130μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。两份检测混合液颜色相对于对比检测混合液无颜色变化，说明不一定含有Cu²⁺；若含有Cu²⁺，则其浓度小于0.05μM。

对未变色的检测混合液进行紫外可见光谱测量其在300-700nm处紫外-可见吸收强度的变化，将在405nm的对照混合液和检测混合液吸光度比值代入本发明中标准工作曲线的方法进行计算，得到待检测液中Cu²⁺的结果见表5。

表5

实施例9人体血清中Cu²⁺的检测

9.1银纳米粒子的制备：方法基本同实施例4的4.1，不同之处在于，用吐温80替代吐温20。

9.2待检测样品的采集：将得到的两份人体血清试样用酸加热消解，使尿液试样中的有机组分被完全氧化，最后用氢氧化钠调节pH至中性，过滤，即得到待检测样品S9.1和S9.2。

9.3待检测样品的检测：取640μL9.1中已制备好的银纳米粒子加入到比色两试管中，分别各自加入160μL盐酸(0.1mol/L)，得到总体积为800μL的检测液；向其中某一检测液中加入200μL去离子水，得到对照检测混合液；向其他检测液中分别加入200μL待检测水样，得到检测混合液；静置，观察颜色变化及对其进行紫外-可见光谱检测。

静置10分钟左右，观察溶液颜色变化。两份检测混合液颜色相对于对比检测混合液均有颜色变化，其中一份相对于对比检测混合液颜色变淡，另一份变为无色。说明一定含有Cu²⁺将其与标准比色卡对比，得到其大致浓度范围。

对各检测混合液进行紫外-可见光谱测量其在300-700nm处紫外-可见吸收强度的变化，将在405nm的对照混合液和检测混合液吸光度比值代入本发明中标准工作曲线的方法进行计算，得到待检测液中Cu²⁺的结果见表6。

表6

在本发明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书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种二价铜离子的检测试剂，所述试剂包括有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子和氯离子源。

2.如权利要求1所述的检测试剂，其特征在于，所述的表面活性剂为非离子表面活性剂，较佳地，为水溶性非离子表面活性剂。

3.如权利要求1所述的试剂，其特征在于，所述的试剂为液态，且pH=1.5～4.0。

4.一种二价铜离子的检测试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括组分(a)和组分(b)，其中，组分(a)选自下组：

(a1)银纳米粒子；和/或

(a2)水溶性银纳米粒子前驱体，或水溶性银纳米粒子前驱体水溶液；和

还原性试剂，所述的还原性试剂用于将水溶性纳米粒子前驱体转化为银纳米粒子；

组分(b)包括：

(b1)表面活性剂；和

(b2)任选的含氯离子的试剂；和

(b3)任选的pH调节试剂。

5.如权利要求4所述的试剂盒，其特征在于，所述的水溶性银纳米粒子前驱体为水溶性银盐，优选地选自下组：硝酸银、高氯酸银、氟化银，或其组合；和/或

所述的还原性试剂选自下组：硼氢化钠、硼氢化钾，或其组合，优选为硼氢化钠。

6.一种如权利要求1所述的试剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

提供一水溶性银纳米粒子前驱体的水溶液；

将所述的水溶液加入表面活性剂溶液中，形成表面活性剂-银纳米粒子前驱体混合液；

在上述混合液中加入还原性试剂，得到表面活性剂包裹的银纳米粒子；

将所述的表面活性剂包裹的银纳米粒子与氯离子源进行组合或混合，从而形成权利要求1所述的试剂。

7.一种二价铜离子的检测方法，其特征在于，包括步骤：用如权利要求1所述的试剂或如权利要求4所述的试剂盒检测待测样品中的二价铜离子。

8.一种二价铜离子的检测方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

提供一检测液，所述检测液包括有效量的表面活性剂包裹的银纳米粒子和氯离子源，且所述检测液的pH=1.5～4.0；

将待测样品加入所述的检测试剂中，形成检测混合液；和

通过所述检测混合液的光谱学特征，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将与所加入的待测样品体积相同的去离子水加入所述的试剂中，形成对照混合液；和

通过所述对照混合液和所述检测混合液的颜色差，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度；

优选地，所述方法还包括：

用所述检测混合液与标准样品进行比较，判断待测样品中是否存在二价铜离子和/或判断待测样品中二价铜离子的浓度；

或所述方法包括：对所述检测混合液作光谱分析，并将所得结果与标准曲线对比。

10.一种检测样本中铜元素浓度的方法，其特征在于，包括步骤：对样品进行预处理，使样品中的铜元素全部转化为Cu²⁺，然后用如权利要求7或8所述的方法进行检测。

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