CN107389658A - 一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定k+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定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

一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增 强拉曼光谱测定K+的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Scattering，简称SERS)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。表面增强拉曼光谱(SERS)具有较高的灵敏度，又能给出丰富的分子结构信息，是一种方便、高效、灵敏的分析手段和很好的表面研究技术，已经应用于化学、生物、表面科学以及定性和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测定K⁺现有技术的不足，而提供一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定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：

一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定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：于刻度试管中，依次加入10μL-600μL 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-100μL0.3mol/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20μL-80μL10μmoL/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/分钟的转速下离心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50mmol/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(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；当有VB4r探针分子存在下，SERS强度增大。K⁺浓度与体系SERS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.3.56ng/mL氧化石墨烯纳米带+2μmol/L(C₆H₅)₄BNa+7.5mmol/L葡萄糖+75μmol/L AgNO₃+6.25mmol/L NaOH+0.25μmol/L VB_4r+50mmol/L NaCl b.a+50nmol/L K⁺c.a+125nmol/L K⁺d.a+500nmol/L K⁺e.a+750nmol/L K⁺f.a+1250nmol/L K⁺g.a+2000nmol/L K⁺h.a+3000nmol/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：

一种用四苯硼钠配体调控氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定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7支刻度试管中，分别加入10μL、25μL、100μL、150μL、250μL、400μL、600μL 10μmol/L的K⁺标准溶液，然后每支刻度试管中依次加入150μL 47.5ng/mL氧化石墨烯纳米带、400μL 10μmol/L的四苯硼钠溶液、50μL0.3mol/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，各试管中再依次加入50μL 10μmoL/L维多利亚蓝4r溶液，即VB4r，和100μL1mol/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50μm，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K⁺的浓度关系做工作曲线，获得线性回归方程为ΔI＝0.67C+161.1，其中K⁺浓度C的单位为nmol/L，测定线性范围为50-3000nmol/L，检出限为18.2nmol/L；

(5)样品测定：取来自桂林市郊区的相思江水、生活饮用水，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-I₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出被测样品K⁺的含量，相思江水中K⁺含量为2182.3nmol/L，生活饮用水中K⁺含量为51.2nmol/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/分钟的转速下离心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50mmol/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)中两种水样各三份，分别加入浓度为1000nmol/L和50nmol/L的K⁺标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别为98.1％、99.5％、99.4％和97.7％、98.3％、100.1％，相对标准偏差为4.2％和3.1％。

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氧化石墨烯纳米带催化活性表面增强拉曼光谱测定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：于刻度试管中，依次加入10μL-600μL 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-50μL0.5mol/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20μL-80μL10μmoL/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K⁺的含量。