CN107356583A - 一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定nh4+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：（1）制备已知浓度的NH₄ ⁺标准溶液体系；（2）制备空白对照溶液体系；（3）计算ΔI=I‑I₀；（4）以ΔI对NH₄ ⁺的浓度关系做工作曲线；（5）制备被测样品溶液，测定其表面增强拉曼峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品=I_样品‑I₀；（6）依据工作曲线，计算出被测样品中的NH₄ ⁺的浓度。这种方法采用配体调控纳米酶催化活性，方法简便、快速、灵敏度高。

Description

一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱 测定NH4+的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法。

背景技术

纳米酶是一种人工酶，又称纳米模拟酶，最早由Scrimin和Pasquato提出，被用于描述具有显著核糖核酸酶活性的金簇。由于纳米研究领域的飞速发展以及纳米材料独特的物理化学性质，纳米酶的影响已经在无数领域普及开来，包括：生物传感、免疫分析、癌症诊断和治疗、神经保护、干细胞生长和污染物清除等。CeO₂中存在三价和四价铈两种混合价态以及氧空缺，因而在各种应用中体现出极好的催化性能，鉴于纳米铈可以消除超氧化物自由基，研究其模拟超氧化物氧化酶的性质则十分合理，研究发现，具有氧空缺的纳米铈可以保护正常细胞免受辐射损伤但却对肿瘤细胞起不到任何作用，该“保护力”源自纳米铈具备消除自由基的能力，后续大量研究证实，纳米铈具有多种酶(超氧化物氧化酶、过氧化氢酶和氧化酶)的性质，其优越的消除自由基性质被广泛用于体内和体外生物学应用中。由于合成方法简便及功能化手段的发展，柠檬酸钠法制备的金纳米颗粒在各种应用中被广泛研究，曾经有报道考察纳米金的催化活性。但是，当Rossi和他的同事发现裸金可以凭借溶解氧氧化葡萄糖时，学术界还是十分震惊的，这个反应与葡萄糖氧化酶(GO_X)催化类似，暗示金纳米颗粒可以作为GO_X模拟物，该课题组也报道了相关的机理研究。基于得到的实验结果，他们提出Eley Rideal机理解释催化现象：葡萄糖首先吸附到金纳米颗粒的表面上；然后氧气靠近金属表面并与附着的葡萄糖反应产成葡萄糖酸和双氧水。金纳米酶的催化反应也遵从Michaelis Menten动力学，但是天然酶的活性比纳米酶高55倍。纳米金颗粒不仅仅具有氧化物模拟酶性质，而且也可以显示过氧化物模拟酶性质。有文献报道合成了铁蛋白包裹的铂纳米颗粒并测试了材料消除活性氧的能力，在体外条件下，所制备的材料显示了较好的超氧化物歧化模拟酶活性并且具有长期的稳定性，利用铁蛋白介导的过程，材料进入细胞并在外部诱导应力的作用下增加细胞活力。以纳米颗粒的质量为标准且不考虑聚丙烯酸(PAA)对Pt纳米颗粒活性的影响，实验结果表明，Pt纳米颗粒的超氧化物歧化模拟酶活性要低于CeO₂纳米颗粒，但是文章并没有对该实验现象从理论的角度做出解释。十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)保护的10nm Pt纳米立方体也被报道具有过氧化物模拟酶活性，催化反应为Eley Rideal机理。在双氧水存在与否的条件下，材料均可以氧化底物OPD和TMB，证实了其氧化物模拟酶和过氧化物模拟酶的性质，利用材料的模拟酶性质，通过免疫测试实现了小鼠白细胞介素2定量分析，随后，他们又发现Au@Pt纳米棒同样具有抗坏血酸氧化酶的活性，这可用于检测葡萄糖时消除抗坏血酸的干扰。

配体(ligand，也称为配基)是可与中心原子(金属或类金属)产生键结的原子、分子和离子，一般而言，配体在参与键结时至少会提供一个电子，配体扮演路易斯碱的角色，但在少数情况中配体接受电子，充当路易斯酸。以4-巯基苯甲酸为调控分子,对照巯基己醇,基于配体交换法对纳米金表面的寡核苷酸自组装进行调控,并用凝胶电泳进行表征的方法已有研究；铜离子是调控制备金纳米粒子的有效试剂，随着Cu²⁺增加浓度从0mmol/L到0.2mmol/L，金纳米颗粒的形状从棒变为立方体，浓度再增至1.6mmol/L，其形状变为十面体，该方法提出了一种基于选择性延迟平面生长速率的机制；另外，基于Hg²⁺配体调控赖氨酸修饰的纳米金的聚集,建立了线性范围在5nmol/L至100nmol/L之间,检测限为3.6nmol/L简单的黄曲霉毒素可视化检测的方法，该方法可应用于大米等食品样品中黄曲霉素的定量检测。

铵盐是一类常用的无机化肥，在农作物中经常使用，过量的使用铵肥，对环境水质造成一定的污染，目前测定铵根的方法有滴定法、分光光度法、离子色谱法、荧光法等。滴定法是基于甲醛与铵根反应生成六亚甲基四胺和氢离子，再用NaOH滴定，同时要做氢离子的滴定以扣除氢离子消耗的NaOH，方法较为繁琐，对微量的铵根无法进行测定；离子色谱法，具有重现性好、准确度高等优点，但耗时、易受其他共存离子的干扰；荧光分析法具有操作简便、灵敏、快速的特点，但干扰因素多，分析过程较长；色谱法高校，但分离效果不稳定等。

表面增强拉曼光谱(SERS)具有快速灵敏、信息丰富、选择性高等特点，主要用于定性检测，目前，在溶液中进行SERS定量测定的研究相对较少，这与重现好、灵敏度高的SERS液相基底不多不无关系。目前，有关SERS定量分析的研究主要集中在重金属、有机物以及生物大分子等的检测，基于UO₂ ²⁺裂解切割双链DNA生成单链DNA(ssDNA)，ssDNA与AuNPs结合形成的AussDNA进一步与Rh6G作用，产生SERS效应，可检出限1.6nmol/L UO₂ ²⁺；根据HgBr₄ ^2-与Rh6G形成稳定的三元缔合物，613cm^-1处的SERS信号降低值与Hg²⁺浓度在25-2000nmol/L范围内成线性，可检测10nmol/L Hg²⁺；一种非标记的DNA酶传感器，基于Pb²⁺切割双链DNA中的底物链，用聚合酶链反应放大信号，可测定10-5000nmol/L Pb²⁺；根据单链DNA保护纳米Ag防止其聚集，形成的AgssDNA复合物作为SERS探针，可测定6.3-403.6μg/L三聚氰胺；通过合成纳米金包被的聚苯乙烯颗粒作为SERS基底，检测水中萘的浓度，其测定范围为1-20ppm，根据BCA与Cu⁺经螯合作用生成的BCA-Cu⁺复合物具有很强的SERS活性，在碱性环境下，当加入蛋白质后会使这种螯合作用减弱，进而导致SERS信号的减弱，依此来达到检测蛋白质的目的，其最低检出限为10pg/mL。但应用四苯硼钠调控纳米银催化活性测定NH₄ ⁺的表面增强拉曼光谱的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术测定NH₄ ⁺的技术不足，而提供一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法。这种方法采用配体反应调控纳米酶催化活性，方法简便、快速、灵敏度高。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的NH₄ ⁺标准溶液体系：于刻度试管中，依次加入25μL-600μL 10μmol/L的NH₄ ⁺标准溶液、10μL-50μL 0.1mmol/L纳米银、450μL-550μL 10μmol/L的四苯硼钠溶液、30μL-100μL 0.3mol/L的葡萄糖、100μL-200μL 1mmol/L AgNO₃和10μL-50μL 0.5mol/LNaOH溶液，于60℃水浴反应6分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入50μL-150μL 10μmoL/L维多利亚蓝4r溶液，即VB4r，80μL-150μL 1mol/L NaCl，用二次蒸馏水定容至2.0mL；

(2)制备空白对照溶液体系：用步骤(1)的方法不加NH₄ ⁺标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的NH₄ ⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在拉曼光谱仪上，设定仪器参数，扫描获得体系的表面增强拉曼光谱，测定1615cm^-1处的表面增强拉曼峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的表面增强拉曼峰强度值为I₀，计算ΔI＝I-I₀；

(4)以ΔI对NH₄ ⁺的浓度关系做工作曲线；

(5)依照步骤(1)的方法制备样品溶液，其中加入的NH₄ ⁺标准溶液替换为样品溶液，并按步骤(3)的方法测定样品溶液的表面增强拉曼峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品＝I_样品-I₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液NH₄ ⁺的含量。

步骤(1)中所述纳米银的制备方法是：在一个50m L三角烧瓶中加入44mL二次蒸馏水，按顺序加入2mL 10mmol/L AgNO₃，3mL 60mmol/L柠檬酸三钠溶液，600μL 30％H₂O₂，600μL 0.1mol/L NaBH₄溶液，混匀，用玻璃棒搅拌至溶液颜色变蓝，静置，制得蓝色纳米银胶，立即将其转入微波炉中，用800W功率微波90s，得到红色棒状纳米银胶，用二次蒸馏水定容至50mL，其浓度以Ag计为0.4mmol/L，用前用二次蒸馏水稀释至0.1mmol/L，该棒状纳米银的制备方法为现有技术。

在本技术方案条件下，纳米银对葡萄糖-AgNO₃生成银纳米粒子这一反应具有较强的催化作用；当四苯硼钠包裹在纳米银纳米酶表面时，抑制了葡萄糖-AgNO₃生成银纳米粒子这一反应；当体系加入NH₄ ⁺时，NH₄ ⁺与四苯硼钠反应生成(C₆H₅)₄BNH₄并从纳米银纳米酶表面脱离，纳米银催化活性恢复。体系中随着NH₄ ⁺浓度的增大，纳米银催化活性增强，生成的银纳米粒子增多；当有VB4r探针分子存在下，SERS强度增大。NH₄ ⁺浓度与体系SERS增强值呈一定的线性关系，据此建立测定NH₄ ⁺的四苯硼钠调控纳米银活性表面增强拉曼光谱方法。

这种方法的优点是：与现有的方法相比，本测定方法采用配体调控纳米酶催化活性，方法简便、快速、灵敏度高。

附图说明

图1为实施例中的表面增强拉曼光谱图。

图中，a.0.75μmol/L Ag+2.5μmol/L(C₆H₅)₄BNa+7.5mmol/L葡萄糖+75μmol/LAgNO₃+6.25mmol/L NaOH+0.50μmol/L VB4r+50mmol/L NaCl b.a+125nmol/L NH₄ ⁺ c.a+750nmol/L NH₄ ⁺ d.a+1250nmol/L NH₄ ⁺ e.a+2000nmol/L NH₄ ⁺ f.a+3000nmol/L NH₄ ⁺。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的NH₄ ⁺标准溶液体系：于5支刻度试管中，分别加入25μL、150μL、250μL、400μL、600μL 10μmol/L的NH₄ ⁺标准溶液，然后每支试管中再依次加入15μL 0.1mmol/L纳米银、500μL 10μmol/L的四苯硼钠溶液、50μL 0.3mol/L的葡萄糖、150μL 1mmol/LAgNO₃和25μL 0.5mol/L NaOH溶液，于60℃水浴反应6分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入100μL 10μmoL/L维多利亚蓝4r溶液，即VB4r，和100μL 1mol/L NaCl，用二次蒸馏水定容至2.0mL；

(2)制备空白对照溶液体系：用步骤(1)的方法不加NH₄ ⁺标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的NH₄ ⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在DXR smart型拉曼光谱仪上，设定仪器参数激光功率为3.0mW,采集时间为3s，狭缝为25μm，扫描获得体系的表面增强拉曼光谱如图1，测定1615cm^-1处的表面增强拉曼峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的表面增强拉曼峰强度值为I₀，计算ΔI＝I-I₀；

(4)以ΔI对NH₄ ⁺的浓度关系做工作曲线；获得线性回归方程为ΔI＝0.43C+12.02，其中NH₄ ⁺浓度C的单位为nmol/L，测定线性范围为125-3000nmol/L，检出限为40.3nmol/L；

(5)样品测定：取某氨水厂附近排放的废水，用滤纸过滤，量取适量滤液，依照步骤(1)的方法制备被测样品，其中加入的NH₄ ⁺标准溶液替换为被测样品，按步骤(2)～(4)操作。算出被测样品的ΔI_样品＝I_样品-I₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出被测样品NH₄ ⁺的含量为189.6nmol/L。

本例步骤(1)中所述纳米银的制备方法是：在一个50m L三角烧瓶中加入44mL二次蒸馏水，按顺序加入2mL 10mmol/L AgNO3，3mL 60mmol/L柠檬酸三钠溶液，600μL 30％H2O2，600μL 0.1mol/L NaBH4溶液，混匀，用玻璃棒搅拌至溶液颜色变蓝，静置，制得蓝色纳米银胶，立即将其转入微波炉中，用800W功率微波90s，得到红色棒状纳米银胶，用二次蒸馏水定容至50mL，其浓度以Ag计为0.4mmol/L，用前用二次蒸馏水稀释至0.1mmol/L。

本技术方案检测方法的验证：

取上述步骤(5)中的废水样三份，加入浓度为100nmol/L的NH₄ ⁺标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别为99.3％、99.7％、98.9％，相对标准偏差为4.6％。

说明该技术方案方法准确可靠。

Claims (1)

1.一种用四苯硼钠配体调控纳米银催化活性表面增强拉曼光谱测定NH₄ ⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的NH₄ ⁺标准溶液体系：于刻度试管中，依次加入25μL-600μL 10μmol/L的NH₄ ⁺标准溶液、10μL-50μL 0.1mmol/L纳米银、450μL-550μL 10μmol/L的四苯硼钠溶液、30μL-100μL 0.3mol/L的葡萄糖、100μL-200μL 1mmol/L AgNO₃和10μL-50μL 0.5mol/L NaOH溶液，于60℃水浴反应6分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入50μL-150μL 10μmoL/L维多利亚蓝4r溶液，即VB4r和80μL-150μL 1mol/L NaCl，用二次蒸馏水定容至2.0mL；

(2)制备空白对照溶液体系：用步骤(1)的方法不加NH₄ ⁺标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的NH₄ ⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在拉曼光谱仪上，设定仪器参数，扫描获得体系的表面增强拉曼光谱，测定1615cm^-1处的表面增强拉曼峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的表面增强拉曼峰强度值为I₀，计算ΔI＝I-I₀；

(4)以ΔI对NH₄ ⁺的浓度关系做工作曲线；

(5)依照步骤(1)的方法制备样品溶液，其中加入的NH₄ ⁺标准溶液替换为样品溶液，并按步骤(3)的方法测定样品溶液的表面增强拉曼峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品＝I_样品-I₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液NH₄ ⁺的含量。