CN104914083B - 一种荧光银纳米簇同时检测I‑和Br‑的方法及运用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用我们自己合成的荧光银纳米簇，建立了同时检测I‑和Br‑的分析方法。基于银纳米簇在BR缓冲溶液条件下，与I‑和Br‑之间存在特定的化学反应能够生成AgI和AgBr沉淀附着在银纳米簇表面，导致银纳米簇荧光猝灭，据此能识别I‑和Br‑的总信号响应；在氨水条件下，荧光银纳米簇选择性识别I‑的信号响应，从而实现复杂样品中I‑和Br‑的同时检测。本发明的方法操作简单，无需复杂的检测仪器，在环境监测，医疗诊断和生物样品分析等领域具有非常重要的意义，尤其是甲状腺疾病诊断和治疗效果的评估方面有着非常广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于化工领域，具体涉及一种荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法。
背景技术
贵金属纳米簇由于量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观量子隧道效应表现出与众不同的光、电以及化学性能而成为纳米材料研究领域的热点之一。其较小的尺寸、无毒性以及光稳定性好等特点，使其作为一种新型的荧光探针在化学检测及生物标记等领域具有广泛的应用前景。
卤素离子中的I-是人体甲状腺合成甲状腺激素必不可少的微量营养素，甲状腺激素影响着人体神经活动，人体新陈代谢及甲状腺功能等等。碘缺乏会导致多种疾病，如甲状腺肿大，甲状腺功能减退和先天性碘缺乏综合征(呆小症)；但是，碘摄入过多也会导致一些甲状腺疾病，包括甲状腺机能亢进和甲状腺功能减退症，因此，I-浓度的定量定性检测在环境、食品等领域中具有重要意义。根据有关报道，溴也是一种有毒的化学物质，其毒性主要体现在对哺乳动物，淡水生物和植物的危害。因此，定性定量检测卤素离子浓度在实际应用方面具有非常重要的意义。
本专利主要介绍了基于一种荧光银纳米簇，实现对复杂样品中I-和Br-的同时检测。在BR缓冲溶液中，银纳米簇与I-和Br-之间存在特定的化学反应能够生成AgI和AgBr沉淀附着在银纳米簇的表面导致银纳米簇荧光猝灭，实现在BR缓冲溶液中，获得复杂样品中I-和Br-的总信号。在氨水介质下实现I-的选择性检测。也就是说，在BR缓冲溶液和氨水介质下能实现I-和Br-的同时检测。该方法体系简单、检测快速、信号稳定、无需任何预处理。
发明内容
本发明旨在提供一种荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，通过单一的银纳米簇在BR缓冲溶液和氨水两种介质下实现I-和Br-的同时检测。
本发明采用的技术方案是：
一种荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，包括步骤：
（1）荧光银纳米簇制备；
（2）处理样品，制备样品溶液；
（3）实际样品中检测I-：
取荧光银纳米簇、二次蒸馏水和氨水溶液(最终浓度控制在0.4-3.0×10-3 mol/L)，加入容器中混合均匀，然后再将制备好的样品溶液加入并摇匀，最后将该混合溶液孵化30-90 min进行荧光光谱检测，根据氨水条件下检测I-的线性方程Q=0.03044+1.437×106 c (c，mol/L)计算出样品中I-的含量；
（4）复杂样品中I-和Br-的同时检测：
在氨水条件下I-和Br-共存时，银纳米簇选择性识别I-的信号效应，根据线性方程：Q=0.03044+1.437×106 c (c，mol/L)计算出I-的浓度；在BR缓冲溶液中，银纳米簇识别出I-和Br-两者的总信号响应，根据总信号响应减去I-在BR缓冲溶液中响应的信号，得BR缓冲溶液中Br-信号响应，再根据Br-在BR中的线性方程：Q=0.06522+21130.45c (c，mol/L)，计算出Br-的浓度。
作为优选，在BR缓冲溶液条件下，用荧光银纳米簇识别I-和Br-的总信号响应时，BR缓冲溶液的pH值为5.72-7.56。
在氨水条件下选择性检测I-时，氨水浓度为0.4-3.0×10-3 mol/L。
应用荧光银纳米簇，在同时含有I-和Br-复杂样品中检测I-和Br-时，无需任何预处理。
在BR缓冲溶液条件下，检测I-的最低检测浓度为4.0×10-8 mol/L，检测Br-的最低检测限为1.0×10-7 mol/L；在氨水条件下，检测I-的最低检测浓度为1.0×10-10 mol/L。
所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法在环境监测中的应用。
所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法在生物样品分析中的应用。
本发明利用银纳米簇与I-和Br-之间存在特定的化学反应能够生成AgI和AgBr沉淀附着在银纳米簇的表面导致银纳米簇荧光猝灭，可以通过荧光光谱法检测银纳米簇荧光强度的变化。利用单一银纳米簇在BR缓冲溶液和氨水两种介质下的信号响应情况，可以实现I-和Br-的同时检测。该方法体系简单、检测快速、信号稳定、无需任何预分离处理，无需复杂的检测仪器，在环境监测、医疗诊断和生物样品分析等领域具有非常重要的意义，尤其是甲状腺疾病诊断和治疗效果的评估方面有着非常广泛的应用前景。
附图说明
图1为BR缓冲溶液条件下检测I-的线性光谱图和标准曲线图。
图2为BR缓冲溶液条件下检测Br-的线性光谱图和标准曲线图。
图3为氨水条件下检测I-的线性光谱图和标准曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。
一、荧光银纳米簇制备：
取4.0-10 mL 羧甲基葡聚糖(2.0-5.0×10-3 mol/L)滴加到50×30规格的称量瓶中，加入6-12 mL二次水及搅拌子并置于磁力搅拌器中搅拌。在搅拌下于上述溶液中加入1-4 mL [250 μL AgNO3 (0.1-0.4 mol/L)+400- 625 μL NaOH (0.2 mol/L)+100-160 μLNH3·H2O (5%)+3.0-3.965 mL二次蒸馏水]该种溶液，常温下搅拌5-10 min使其充分混合均匀，将混合均匀的溶液敞口放置于UVC型紫外灯下边搅拌边光照，随着光照时间的增加溶液颜色由无色透明逐渐变深，最终变成棕黄色，即得到较强荧光的银纳米簇。
二、干海带样品的处理：
首先将市售海带洗净、烘干、粉碎。准确称取0.5-1. 0000 g粉碎样品于瓷坩埚中，置于电炉上炭化至无烟，然后置入马弗炉中逐渐升温至600 ℃约0.5-1.5 h后取出，样品呈灰白色后取出自然冷却，于瓷坩埚中加入2.0-5.0 mL二次水，过滤，并多次用热水洗涤坩埚内残渣，滤液收集到50 mL容量瓶，并定容至刻度。
三、建立以银纳米簇同时检测I-和Br-的方法：
1、取100-400 μL稀释10-50倍的银纳米簇滴入一个玻璃瓶中，再取1.2 mL二次蒸馏水稀释。随后，加入BR缓冲溶液(100-200 μL，pH=5.72-7.56)调节溶液的酸碱度，最后加入不同浓度 (1-6, 0, 4.0×10-8, 5.0×10-8, 1.0×10-7, 2.0×10-7,4.0×10-7 mol/L)的I- 200 μL，在加入的过程中边搅拌，混合之后反应30-90分钟后进行荧光光谱检测。如图1所示，在BR缓冲溶液下不同浓度的I-引起了不同程度的荧光猝灭，在4.0×10-8~4.0×10-7 mol/L的浓度范围内呈良好的线性关系，线性方程为Q=0.0844+7.7176×105 c (图1中的插图)，相关系数r=0.9931。
2、取100-400 μL稀释10-50倍的银纳米簇滴入一个玻璃瓶中，再取1.2 mL二次蒸馏水稀释。随后，加入BR缓冲溶液(100-200 μL，pH=5.72-7.56)调节溶液的酸碱度，最后加入不同浓度(1-6, 0, 1.0×10-7, 5.0×10-7, 1.0×10-6, 4.0×10-6,5.0×10-6 mol/L)的Br-200 μL，在加入的过程中边搅拌，混合之后反应30-90分钟后进行荧光光谱检测。如图2所示，在BR缓冲溶液下不同浓度的Br-引起了不同程度的荧光猝灭，它在1.0×10-7~5.0×10-6 mol/L的浓度范围内呈良好的线性关系，线性方程为Q=0.06522+21130.45 c (图2中的插图)，相关系数r= 0.9937。
3、取400 μL稀释10倍的银纳米簇滴入一个玻璃瓶中，再取1.2 mL二次蒸馏水稀释。随后，加入NH3·H2O溶液(200 μL，1.0×10-2 mol/L)调节溶液的酸碱度，最后加入不同浓度(1-7, 0, 1.0×10-10, 1.0×10-9, 1.0×10-8, 4.0×10-8, 5.0×10-8, 1.0×10-7mol/L) 的I- 200 μL，在加入的过程中边搅拌，混合之后反应60分钟后进行荧光光谱检测。如图3所示，氨水条件下银纳米簇可以选择性的识别与I-之间信号响应。不同浓度的I-引起了不同程度的银纳米簇荧光猝灭。在最佳的实验条件下1.0×10-10~1.0×10-7 mol/L的I-浓度范围内呈现良好的线性关系，线性方程为Q=0.03044+1.437×106 c(图3中的插图)，相关系数r=0.9999。
4、对13种阴离子和11种阳离子进行了干扰离子影响实验，包括Br-，BrO3 -，Cl-，CO3 2-，C2O4 2-，F-，HCO3 -，IO3 -，NO3 -，SCN-，PO4 3-，SO3 2-，SO4 2-，Ca2+，Cd2+，Co2+，Cu2+，Fe3+，K+，Mg2+，Na+，Ni2+，Pb2+和Zn2+。结果表明在在氨水条件下能实现I-选择性的检测。
四、实际样品中检测I-
根据氨水条件下检测I-的线性方程(如图3所示)和采用加标回收的方法对海带中I-含量进行了定量检测。先依次取100-400 μL稀释10-50倍的荧光银纳米簇，400-700μL的二次蒸馏水，氨水溶液(最终浓度控制在0.4-3.0×10-3 mol/L)加入一个玻璃瓶中混合均匀，然后再将1.0 mL制备好的样品溶液加入并摇匀，最后将该混合溶液进行荧光光谱检测。结果表明(表1)，检测出海带样品(n=3)中的碘量为0.1280 mg.g-1，相对标准偏差RSD=1.72%。为了进一步确定该方法的可靠性，我们采用了标准加入法检测海带中I-的含量，检测的平均回收率为97.1%，RSD为0.26%(表1)，从而证明本方法的可靠性。
五、 复杂样品中I-和Br-的同时检测
在进行I-和Br-的同时检测时，进行了两个对照试验：第一个实验是在氨水条件下I-(1.0×10-7 mol/L)和Br-(1.0×10-6 mol/L)共存时，银纳米簇选择性识别I-的信号效应(Q 1=0.17)，根据线性方程：Q=0.03044+1.437×106 c (c，mol/L)计算出I-的浓度为9.71×10-8 mol/L，结果与I-的实际含量1.0×10-7 mol/L非常吻合。第二个实验是在BR缓冲溶液中，银纳米簇识别出I-(1.0×10-7 mol/L)和Br-(1.0×10-6 mol/L)两者的总信号响应(Q 2=0.247)。根据总信号响应减去I-在BR缓冲溶液中响应的信号Q=0.0844+7.7176×105×9.71×10-8 =0.159，则BR缓冲溶液中Br-信号响应ΔQ=Q 2 –Q=0.088，再根据Br-在BR中的线性方程：Q=0.06522+21130.45c (c，mol/L)，计算出Br-浓度为1.08×10-6 mol/L，结果与Br-的实际含量1.0×10-6 mol/L非常的接近，说明该方法可以实现混合样品中I-和Br-的同时检测。
本发明通过以上方法在氨水条件下成功检测海带中I-离子的含量，尤其是单一纳米簇在BR缓冲溶液和氨水两种介质下实现了I-和Br-的同时检测。该检测体系简单、检测快速、信号稳定、无需进行预处理。
还需要说明的是，本发明的具体实施例只是用来示例性说明，并不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的相关技术人员可以根据上述一些说明加以改进或变化，但所有这些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）荧光银纳米簇制备；
（2）处理样品，制备样品溶液；
（3）实际样品中检测I-：
取荧光银纳米簇、二次蒸馏水和氨水溶液，加入容器中混合均匀，然后再将制备好的样品溶液加入并摇匀，最后将该混合溶液孵化30-90 min进行荧光光谱检测，根据氨水条件下检测I-的线性方程Q=0.03044+1.437×106 c计算出样品中I-的含量，其中c的单位为mol/L；
（4）复杂样品中I-和Br-的同时检测：
在氨水条件下I-和Br-共存时，银纳米簇选择性识别I-的信号响应，根据线性方程：Q=0.03044+1.437×106 c计算出I-的浓度，其中c的单位为mol/L；再根据BR缓冲溶液下体系对I-响应关系Q 1=0.0844+7.7176×105 c，可以计算出I-在BR缓冲溶液中响应的信号Q 1；在BR缓冲溶液中，银纳米簇识别出I-和Br-两者的总信号响应，根据总信号响应Q 总减去I-在BR缓冲溶液中响应的信号Q 1，得BR缓冲溶液中Br-信号响应Q 2，再根据Br-在BR中的线性方程：Q 2=0.06522+21130.45 c计算出Br-的浓度，其中c的单位为mol/L。
2.根据权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，其特征在于：在BR缓冲溶液条件下，用荧光银纳米簇识别I-和Br-的总信号响应时，BR缓冲溶液的pH值为5.72-7.56。
3.根据权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，其特征在于：在氨水条件下选择性检测I-时，氨水的最终浓度为0.4-3.0×10-3 mol/L。
4.根据权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，其特征在于：应用荧光银纳米簇，在同时含有I-和Br-复杂样品中检测I-和Br-时，无需任何预处理。
5.根据权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法，其特征在于：在BR缓冲溶液条件下，检测I-的最低检测浓度为4.0×10-8 mol/L，检测Br-的最低检测限为1.0×10-7mol/L；在氨水条件下，检测I-的最低检测浓度为1.0×10-10 mol/L。
6.权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法在环境监测中的应用。
7.权利要求1所述的荧光银纳米簇同时检测I-和Br-的方法在生物样品分析中的应用。
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| 以聚乙烯亚胺为模板合成银纳米簇及其性能与相关应用的研究;曲斐;《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20131115(第11期);第111-130页 * |
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