CN107389614B - 用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定k+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：（1）制备已知浓度的K⁺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K⁺的浓度关系做工作曲线；（5）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K⁺的含量。这种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。

Description

用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K+的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺的方法。

背景技术

钾离子（K⁺）是一种重要的生理元素，与Na⁺共同作用，在维持细胞新陈代谢、调节体液渗透压、维持酸碱平衡及保持细胞应激功能等方面发挥着极其重要的作用，同时，钾离子在生物生长过程中起到不同的作用，包括神经传递，酶活化，细胞凋亡，调节血压和细胞中的其他离子的浓度。细胞内和细胞外液体之间K⁺离子浓度的紊乱总是与一系列疾病有关，包括酒精中毒，厌食，食欲过盛，艾滋病和肾脏疾病，因此，K⁺离子的检测已经成为一个非常重要的问题。测定钾常用的方法有：火焰光度法、离子选择性电极法、原子吸收光谱法、电位滴定法等和共振散射光谱法，但这些方法大多操作复杂，离子干扰大，影响因素较多，灵敏度不够高，准确性不够好。因此，期望开发一种简单，灵敏，经济的和有效的检测K⁺离子宽线性范围的方法。

随着纳米科学的高速发展，我国科学家发现无机纳米材料本身具有内在类似辣根过氧化物酶（HRP）的催化活性，其催化效率和作用机制与天然酶相似。辣根过氧化物酶是一种非常重要的金属蛋白酶，广泛应用于化工、食品、医学、环境等多个领域。纳米酶的出现，引起物理、材料、化学、生物和医学等多个领域科学家的高度重视，它作为一类新的模拟酶，已经成为多学科交叉的研究热点，并逐渐形成了新的研究领域，基于Fe₃O₄纳米颗粒的过氧化物酶性质，通过某些底物颜色的变化可以实现双氧水的定量分析。金银合金纳米花颗粒，由于合成的纳米花颗粒具有更高的过氧化物模拟酶活性，且具有良好的表面增强散射基底，因此用于三聚氰胺的检测分析，利用重金属粒子Hg²⁺的加入量与过氧化物酶活性的增强存在定量关系，从而实现对Hg²⁺的分析检测。通常，生物大分子往往会覆盖纳米材料的表面，会大大增加纳米材料表面的原子与被催化底物的接触面积，从而降低纳米酶的活性，借助于这样的机理，利用纤维蛋白原修饰的铋金纳米颗粒并且用作H₂O₂模拟物与Amplex Red反应，用于确定凝血酶活性和药物筛选，实现了凝血酶的定量检测，具备氧化物酶性质的纳米铈材料，将纳米铈替代HRP采用ELISA法检测癌细胞。石墨烯纳米带是由氧化解离多壁碳纳米管制备得到的，显示出更好的纳米酶的催化特性；共振散射光谱具有较高的灵敏度，是一种方便、高效、灵敏的分析手段和很好的研究技术，已经应用于化学、生物、食品科学的定量分析等科学和技术领域。但应用四苯硼钠调控氧化石墨烯纳米带催化活性测定K⁺的共振散射光谱的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对测定K⁺现有技术的不足，而提供一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺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：

一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺的方法，包括如下步骤：

（1）制备已知浓度的K⁺标准溶液体系：于多支刻度试管中，依次分别加入10μL-400μL 10μmol/L的K⁺标准溶液、100μL-180μL 47.5ng/mL氧化石墨烯纳米带、300μL-500μL 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5分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入80μL-150μL 1mol/L NaCl,用二次蒸馏水定容至2.0 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加K⁺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K⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在荧光分光光度计上，设定仪器参数，扫描获得体系的共振散射光谱，测定420nm处的共振散射峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的共振散射峰强度值为I₀，计算ΔI = I -I₀；

（4）以ΔI对K⁺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K⁺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共振散射峰强度值为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K⁺的含量。

步骤（1）中所述氧化石墨烯纳米带的制备方法为：

1）取50mg 多壁碳纳米管，即MWCNT粉末加入到含有10mL浓H₂SO₄的50mL圆底烧瓶中反应1小时，然后加入250mg KMnO₄；

2）将步骤1）制备的溶液充分摇匀后在60℃水浴条件下加热反应2小时，再将产物倒入含有5mL 30％H₂O₂的200mL冰水中冷却；

3）将冷却反应后的溶液，超声分散10分钟后，在7000转速下离心10分钟，取上清液，去除反应生成的二氧化锰，最后得到氧化石墨烯纳米带溶液。

所述氧化石墨烯纳米带溶液使用时，先用50 mmol/L NaOH中和至中性，然后稀释至所需浓度。

在本技术方案条件下，氧化石墨烯纳米带对葡萄糖-AgNO₃生成银纳米粒子这一反应具有较强的催化作用；当四苯硼钠包裹在氧化石墨烯纳米带纳米酶表面时，抑制了葡萄糖-AgNO₃生成银纳米粒子这一反应；当体系加入K⁺时，K⁺与四苯硼钠反应生成四苯硼钾，即(C₆H₅)₄BK，并从氧化石墨烯纳米带纳米酶表面脱离，氧化石墨烯纳米带催化活性恢复。体系中随着K⁺浓度的增大，氧化石墨烯纳米带催化活性增强，生成的银纳米粒子增多；RS强度增大。K⁺浓度与体系共振散射增强值呈一定的线性关系，据此建立测定K⁺的四苯硼钠调控氧化石墨烯纳米带活性共振散射光谱方法。

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为实施例中的共振散射光谱图。

图中，a.3.56ng/mL氧化石墨烯纳米带+2µmol/L(C₆H₅)₄BNa+7.5mmol/L葡萄糖+75µmol/L AgNO₃ +6.25 mmol/L NaOH+50 mmol/L NaCl b.a+50nmol/L K⁺ c.a+750nmol/L K⁺ d.a+ 1250nmol/L K⁺ e.a+ 1500nmol/L K⁺ f.a+ 2000nmol/L K⁺。

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：

一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺的方法，包括如下步骤：

（1）制备已知浓度的K⁺标准溶液体系：于5支刻度试管中，分别加入10μL、150μL、250μL、300μL、400μL 10μmol/L的K⁺标准溶液，然后每支刻度试管中依次加入150μL47.5ng/mL氧化石墨烯纳米带、400μL 10µmol/L的四苯硼钠溶液、50 µL 0.3mol/L的葡萄糖、150μL 1mmol/L AgNO₃和25μL 0.5mol/L NaOH溶液，于60℃水浴反应5分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入100μL 1mol/L NaCl,用二次蒸馏水定容至2.0 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加K⁺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K⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在F-7000型荧光光谱仪上，设定仪器参数检测器电压为350 V，狭缝为5 nm，同步扫描激发波长和发射波长，获得体系的共振散射光谱如图1，测定420nm处的共振散射峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的共振散射峰强度值为I₀，计算ΔI = I - I₀；

（4）以ΔI对K⁺的浓度关系做工作曲线；获得线性回归方程为ΔI _420nm=1.42C+208.0，其中K⁺浓度C的单位为nmol/L，测定线性范围为50-2000nmol/L，检出限为20.5nmol/L；

（5）样品测定：取饮用水，量取适量，依照步骤（1）的方法制备被测样品，其中加入的K⁺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- I ₀；

（6）依据步骤（4）的工作曲线，计算出被测样品K⁺的含量为63.3nmol/L。

本例步骤（1）中所述氧化石墨烯纳米带的制备方法为：

1）取50mg 多壁碳纳米管，即MWCNT粉末加入到含有10mL浓H₂SO₄的50mL圆底烧瓶中反应1小时，然后加入250mg KMnO₄；

2）将步骤1）制备的溶液充分摇匀后在60℃水浴条件下加热反应2小时，再将产物倒入含有5mL 30％H₂O₂的200mL冰水中冷却；

3）将冷却反应后的溶液，超声分散10分钟后，在7000转速下离心10分钟，取上清液，去除反应生成的二氧化锰，最后得到氧化石墨烯纳米带溶液。

所述氧化石墨烯纳米带溶液使用时，先用50 mmol/L NaOH中和至中性，然后稀释至所需浓度。

本技术方案检测方法的验证：

取上述实施例步骤（5）中的水样三份，分别加入浓度为50nmol/L的K⁺标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别为98.4%、98.9%、99.1%，相对标准偏差为3.1%。

说明该技术方案方法准确可靠。

Claims (1)

1.一种用氧化石墨烯纳米带催化共振散射光谱测定K⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）制备已知浓度的K⁺标准溶液体系：于多支刻度试管中，依次分别加入10μL-400μL 10μmol/L的K⁺标准溶液、100μL-180μL 47.5ng/mL氧化石墨烯纳米带、300μL-500μL 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5分钟，摇匀，然后冰水冷却至室温，加入80μL-150μL 1mol/L NaCl,用二次蒸馏水定容至2.0 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加K⁺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K⁺标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在荧光分光光度计上，设定仪器参数，扫描获得体系的共振散射光谱，测定420nm处的共振散射峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的共振散射峰强度值为I₀，计算ΔI = I- I₀；

（4）以ΔI对K⁺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K⁺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共振散射峰强度值为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K⁺的含量。