CN107389632A - 一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法 - Google Patents

一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，方法中分子探针的溶解试剂以及分子探针与汞离子相互作用时的溶剂均为乙腈，该分子探针与汞离子相互作用后荧光发射强度显著增强，荧光发射强度与汞离子浓度之间的良好线性关系来检测环境和人体中的痕量汞离子。本发明的基于分子探针的汞离子荧光分析方法灵敏度和准确度高，钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，铜离子等离子对汞离子的检测均无干扰，体现了本发明的分子探针对汞离子具有较好的识别性，选择性高。

Description

一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法
技术领域
本发明涉及一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，属于分析化学领域。
背景技术
随着现代工业的日益发展，重金属离子的危害日益凸显，重金属离子能对人体产生重要危害甚至致命的危险，特别是对于中枢神经系统，能够引起神经紊乱。鉴于重金属离子对人体的产生的危害，环境中重金属离子的识别和检测成为当前亟待妥善解决的首要环境问题，不仅受到化学家、生物学家和环境工作者的重视，而且还受到越来越多的民众的广泛关注。
虽然一些重金属离子在维持人体新陈代谢中起着非常重要的作用，但汞离子却是对人体百害而无一利的，它在非常低的浓度下就会对生物体产生毒害。煤矿、金矿的开采等人类活动和火山爆发、森林大火等自然活动都会造成汞离子的扩散，大量汞离子在环境中只能发生形态的转变或者是在不同相之间进行转移，其毒害不仅得不到降低，反而在环境生物链中浓缩、放大，在高级生物体内富集，最终会导致生物体基因突变和生物变异，阻碍生物体正常生长和发育。因此，对汞离子识别和检测在生命科学、食品科学、环境科学等科学领域中占有极其重要的地位。
基于分子识别的荧光分子探针作为一种全新的金属离子识别手段引起了科学工作者的浓厚兴趣，已成为当今科学研究的重点，得到了迅猛发展。荧光分子探针一般是由荧光基团，连接基团和识别基团三个重要部分组成，荧光基团是荧光信号的生成单元，连接基团是将荧光基团和识别基团两者结合起来，当外来客体物质与结合体作用时，连接基团还能引起荧光基团的发光特征产生变化，起到一个枢纽作用；识别基团用来接纳和识别外来客体物质。荧光分子通过受体与识别分子结合读取信息,然后依靠连接基团将识别的信息传送给荧光基团，进而转换成光学信号。在荧光分子探针的这些组分中，荧光基团和识别基团的作用尤为重要，荧光基团决定了荧光分子探针的灵敏度，识别基团则决定了荧光分子探针的选择性和专一性，而第三部分连接基团的作用则是对荧光分子探针的识别起着连接和枢纽作用。
荧光分子探针具有以下优点：1、快捷方便、灵敏度高；2、能够与光纤技术相结合实现远程检测；3技术上裸眼测试是可用的。但是，目前报道的基于分子探针的汞离子荧光分析方法不能兼具高选择性和高灵敏度，导致测定结果的准确定较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有基于分子探针的汞离子荧光分析方法所存在的弊端，提供一种兼具高选择性和高灵敏度的基于分子探针的汞离子荧光分析方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，所述分子探针的化学结构为
分析步骤为：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，得到含分子探针的乙腈溶液；
2)分别加入相同体积步骤1)得到的含分子探针的乙腈溶液于M个容量瓶中，然后向M-1个上述容量瓶中分别加入相同体积、系列浓度的汞离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入体积同汞离子标准溶液的汞离子样品溶液，再通过乙腈定容，得M组混合溶液；
3)将步骤2)得到的M组混合溶液室温静置30-60分钟，然后用240-320nm范围的波长激发，测得M组荧光发射光谱；
4)将步骤3)测得的含汞离子标准溶液的M-1组混合溶液的荧光发射光谱与相应的汞离子浓度的对应关系进行分析，并与含汞离子样品溶液的混合溶液的荧光发射光谱进行对比，得到样品溶液中汞离子的浓度。
优选地，所述步骤1)的含分子探针的乙腈溶液的pH为4-9。
优选地，所述步骤1)的含分子探针的乙腈溶液的pH用Tris-HCl缓冲液进行调节。
优选地，所述步骤1)中分子探针的浓度为0.1-1mM。
优选地，所述步骤2)中含汞离子标准溶液的M-1组混合溶液中分子探针的浓度为0.01-0.1mM，汞离子的浓度为0.001-1μM。
优选地，所述步骤2)的汞离子标准溶液与汞离子样品溶液的溶剂相同。
优选地，所述步骤3)中的荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5-5.0nm，光电倍增管电压为600-700V，扫描速度为500-600nm/min，数据间隔1-2nm，平均时间为0.1-0.2s，滤波点数为20-30。
优选地，本发明的基于分子探针的汞离子荧光分析方法可用于检测血液和环境中水溶液中的汞离子含量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的分子探针在加入汞离子后，最大荧光发射强度大幅度增大，而钙离子、钴离子、镁离子、镍离子、铜离子、铅离子、锌离子等其他离子均不能导致荧光光谱的明显改变，可见钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，铜离子等离子对汞离子的检测均无干扰，体现了该分子探针对汞离子具有较好的识别性，选择性高。
(2)本发明的基于分子探针的汞离子荧光分析方法可检测环境和人体中的痕量汞离子，灵敏度高。
(3)本发明的铜离子比色探针的稳定性好，能够长期保存使用。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1酸碱性对分子探针光谱性质的影响
通过Tris-HCl缓冲液调节分子探针浓度为0.5mM的乙腈溶液的pH值，用275nm波长激发，测定pH为2-11条件下的最大荧光强度(如表1所示)。结果表明，当pH小于4时，分子探针在584nm处发射出了较强的荧光；在pH值在4-9范围内，荧光发射波长没有明显的变化，最大荧光发射波长在550nm左右，最大发射强度在25-39a.u.之间；在pH值为10和11时，最大荧光发射波长分别在335nm和338nm处，最大发射强度分别为21a.u.和25a.u.。因此，在pH值在4-9范围内，均体现出较好的稳定性。
表1分子探针在不同缓冲溶液中的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3.0nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔1.5nm，平均时间为0.15s，滤波点数为25。
实施例2分子探针在乙腈中与不同金属离子作用的光谱性质
在乙腈溶液中，对分子探针与不同的金属离子作用进行了荧光测试(如表2所示)，用275nm波长激发，于5mL浓度为0.1mM分子探针的乙腈溶液中，加入5mL浓度为1μM的各种不同的金属离子时，结果如下：在加入汞离子后，最大荧光发射波长出现在557nm，最大荧光发射荧光强度由21a.u.增大到830a.u.，增大了大约40倍。而钙离子、钴离子、镁离子、镍离子、铜离子、铅离子、锌离子等其他离子对汞离子均无干扰。
表2分子探针在乙腈中与不同金属离子作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3.0nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔1.5nm，平均时间为0.15s，滤波点数为25。
实施例3
本实施例提供一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，所述分子探针的化学结构为
分析步骤为：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.1mM，pH为4的含分子探针的乙腈溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的含分子探针的乙腈溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL用水配制的浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的汞离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL某一血样，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置30分钟，然后用240nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)步骤3)测得的含汞离子标准溶液的9组混合溶液的荧光发射光谱与相应的汞离子浓度的对应关系如表3，与血样的混合溶液的荧光发射光谱进行对比，得到血样中汞离子的浓度。
表3分子探针与汞离子标准溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5nm，光电倍增管电压为600V，扫描速度为500nm/min，数据间隔1nm，平均时间为0.1s，滤波点数为20。
通过上表可见，荧光发射强度在0.1-5μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝177.01x-4.2875，R2＝0.9999，含血样的混合溶液的荧光发射强度为310a.u.，得到该血样的汞离子浓度为1.78μM。
实施例4
本实施例提供一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，所述分子探针的化学结构为
分析步骤为：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.5mM，pH为9的含分子探针的乙腈溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的含分子探针的乙腈溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL用水配制的浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的汞离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL某一化工厂废水，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置40分钟，然后用320nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)步骤3)测得的含汞离子标准溶液的9组混合溶液的荧光发射光谱与相应的汞离子浓度的对应关系如表4，与含化工厂废水的混合溶液的荧光发射光谱进行对比，得到化工厂废水中汞离子的浓度。
表4分子探针与汞离子标准溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为5.0nm，光电倍增管电压为700V，扫描速度为600nm/min，数据间隔2nm，平均时间为0.2s，滤波点数为30。
通过上表可见，荧光发射强度在0.05-5μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝258.15x-6.1209，R2＝1，含化工厂废水的混合溶液的荧光发射强度为413a.u.，得到该化工厂废水的汞离子浓度为1.62μM。
实施例5
本实施例提供一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，所述分子探针的化学结构为
分析步骤为：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为1mM，pH为7的含分子探针的乙腈溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的含分子探针的乙腈溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL用水配制的浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的汞离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL某一炼钢厂废水，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置60分钟，然后用275nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)步骤3)测得的含汞离子标准溶液的9组混合溶液的荧光发射光谱与相应的汞离子浓度的对应关系如表5，与含炼钢厂废水的混合溶液的荧光发射光谱进行对比，得到炼钢厂废水中汞离子的浓度。
表5分子探针与汞离子标准溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3.0nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔1.5nm，平均时间为0.15s，滤波点数为25。
通过上表可见，荧光发射强度在0.2-10μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝195.26x+1.6134，R2＝0.9999，含污染湖水的混合溶液的荧光发射强度为810a.u.，得到该炼钢厂废水的汞离子为4.14μM。
本发明的基于分子探针的汞离子荧光分析方法可检测环境和人体中的痕量汞离子，在一定的浓度范围内线性范围良好，灵敏度和准确度高；此外，钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，铜离子等离子对汞离子的检测均无干扰，体现了本发明的分子探针对汞离子具有较好的识别性，选择性高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述分子探针的化学结构为
分析步骤为：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，得到含分子探针的乙腈溶液；
2)分别加入相同体积步骤1)得到的含分子探针的乙腈溶液于M个容量瓶中，然后向M-1个上述容量瓶中分别加入相同体积、系列浓度的汞离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入体积同汞离子标准溶液的汞离子样品溶液，再通过乙腈定容，得M组混合溶液；
3)将步骤2)得到的M组混合溶液室温静置30-60分钟，然后用240-320nm范围的波长激发，测得M组荧光发射光谱；
4)将步骤3)测得的含汞离子标准溶液的M-1组混合溶液的荧光发射光谱与相应的汞离子浓度的对应关系进行分析，并与含汞离子样品溶液的混合溶液的荧光发射光谱进行对比，得到样品溶液中汞离子的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤1)的含分子探针的乙腈溶液的pH为4-9。
3.根据权利要求2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤1)的含分子探针的乙腈溶液的pH用Tris-HCl缓冲液进行调节。
4.根据权利要求1或2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤1)中分子探针的浓度为0.1-1mM。
5.根据权利要求1或2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤2)中含汞离子标准溶液的M-1组混合溶液中分子探针的浓度为0.01-0.1mM，汞离子的浓度为0.001-1μM。
6.根据权利要求1或2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤2)的汞离子标准溶液与汞离子样品溶液的溶剂相同。
7.根据权利要求1或2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，所述步骤3)中的荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5-5.0nm，光电倍增管电压为600-700V，扫描速度为500-600nm/min，数据间隔1-2nm，平均时间为0.1-0.2s，滤波点数为20-30。
8.根据权利要求1或2所述的基于分子探针的汞离子荧光分析方法，其特征在于，方法可用于检测血液和环境中水溶液中的汞离子含量。
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