CN107643277B - 适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb2+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：（1）制备Pb²⁺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Pb²⁺的浓度做工作曲线；（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）依据步骤（4）的工作曲线，计算出样品溶液Pb²⁺的含量。本发明与已有的方法相比，本测定方法不需要构建适配体纳米探针的复杂过程，方法更简便、快速；纳米粒子不需要聚集，体系更稳定；纳米酶催化，灵敏度高。

Description

适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb2+的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法。

背景技术

核酸适配体是一小段经体外筛选得到的寡核苷酸序列，能与多种目标物质高特异性、高亲和力和高选择性地结合，为分析化学提供了高效快速的分子识别平台。作为生物分子的核酸适体可以和一些生物相容性好的金属纳米材料，如金纳米、银纳米等结合，并且与吸收光谱、荧光、共振瑞利散射等光谱技术结合，在生化分析、环境分析等方面得到应用，实现了对生物大分子、蛋白质和重金属离子，如K⁺、Hg²⁺等的检测。

表面增强拉曼光谱(Surface-enhanced Raman spectroscopy，简称SERS)具有较高的灵敏度，能检测吸附到金属表面分子的表面现象，又能给出丰富的分子结构信息，是一种方便、高效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。表面增强拉曼光谱需要将信号分子吸附在SERS基底上获得，目前，SERS基底主要为固相和液相两种，固相金属作为基底在制备时重现性太差；液相基底主要为贵金属纳米，在构建表面增强拉曼光谱法时常要用高离子强度溶液将纳米粒子聚集，再检测信号分子的拉曼强度，该法受其它物质干扰较严重。

铅离子是一种典型的重金属污染物，具有毒性大、不能降解等特点，在环境能长时间存在，可以通过呼吸道、消化道等多种途径进入人体，进而对人体健康造成极大威胁。因此对环境中的铅离子含量的严格监控十分必要，目前铅离子分析检测方法有电感耦合等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、荧光光谱法、质谱法、电化学法等，但这些方法存在操作复杂耗时、仪器昂贵、灵敏度低等问题。因此有必要研究和开发一种结合纳米酶催化反应的快速提高检测速度和灵敏度的痕量铅离子分析方法。纳米材料具有较大的比表面积，有丰富的表面活性中心多，以及表面电荷决定了它具有良好的催化活性，可以作为纳米模拟酶使用，而通过核酸适配体改变纳米模拟酶表面结构调节纳米模拟酶的催化活性，选择一些可以生成纳米粒子的反应体系，在新生纳米材料表面结合一些染料分子可以产生较强的表面增强拉曼效应。石墨烯量子点是一种非金属纳米酶，作为一种新的纳米材料越来越得到广泛的应用，使用石墨烯量子点非金属纳米酶的催化作用与SERS光谱技术应用于定量测定Pb²的分析方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对测定Pb²⁺现有技术的不足，而提供一种适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法。这种方法不需要构建适配体纳米探针的复杂过程，方法更简便、快速；纳米粒子不需要聚集，体系更稳定；石墨烯量子点纳米酶催化，灵敏度高。

实现本发明目的的技术方案是：

一种适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法，包括如下步骤：

（1）制备Pb²⁺标准溶液体系：于刻度试管中，依次加入5μL-100 μL 1 μmol/L的Pb²⁺标准溶液、5μL-20 μL 0.15 μmol/L铅适配体和50 μL-150 μL 0.5 mg/L石墨烯量子点，混匀，静置10分钟；然后在各试管中依次加入20μL-60 μL 0.01 mol/L HCl、100μL-200 μL0.5 moL/L 葡萄糖和80 μL-180 μL 84 μmoL/L HAuCl₄，混匀，用二次蒸馏水定容至1 mL，75℃水浴反应18分钟，取出试管，用冰水冷却终止反应，加入20μL-80μL 10 μmoL/L维多利亚蓝B溶液，即VBB，用二次蒸馏水定容至1.5 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺的含量。

步骤（1）中所述铅适配体的序列为5’-GGTTGGTGTGGTGGTTGGTGTTGG-3’。

实现本技术方案的原理是：

在本技术方案条件下，石墨烯量子点对葡萄糖-HAuCl₄生成金纳米粒子这一反应具有较强的催化作用；适配体吸附在石墨烯量子点纳米酶表面，抑制了石墨烯量子点纳米酶的催化作用；当体系加入Pb²⁺时，Pb²⁺与适配体结合形成稳定的适配体-Pb²⁺结合物，适配体从石墨烯量子点纳米酶表面脱离，石墨烯量子点催化活性恢复。由此，体系中随着Pb²⁺浓度的增大，石墨烯量子点催化活性增强，生成的金纳米粒子增多，当有VBB分子存在下，SERS强度增大。Pb²⁺浓度与体系SERS增强值呈一定的线性关系，据此建立测定Pb²⁺的适配体调控石墨烯量子点纳米酶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，本测定方法不需要构建适配体纳米探针的复杂过程，方法更简便、快速；纳米粒子不需要聚集，体系更稳定；石墨烯量子点纳米酶催化，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.1 nmoL/L Pb²⁺适配体+0.033mg/L 石墨烯量子点 +0.27 mmoL/L HCl +58.33mmol/L葡萄糖+ 5.6 μmoL/L HAuCl₄+ 33.3μmoL/L VBB b.a+3.33 nmoL/L Pb²⁺ c.a+6.67 nmoL/L Pb²⁺ d.a+13.33 nmoL/L Pb²⁺ e.a+33.33 nmoL/L Pb²⁺ f.a+66.67 nmoL/LPb²⁺。

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：

一种适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法，包括如下步骤：

（1）制备已知浓度的Pb²⁺标准溶液体系：于5支刻度试管中，分别加入5μL,10μL,20μL,50μL,100μL 1 μmol/L的Pb²⁺标准溶液、然后每只刻度试管中依次加入10 μL 0.15 μmol/L铅适配体和100 μL 0.5 mg/L石墨烯量子点，混匀，静置10分钟；然后在各试管中依次加入40 μL 0.01 mol/L HCl、175 μL 0.5 moL/L 葡萄糖和100 μL 84 μmoL/L HAuCl₄，混匀，用二次蒸馏水定容至1 mL，75℃水浴反应18分钟，取出试管，用冰水冷却终止反应，加入50 μL10 μmoL/L维多利亚蓝B溶液，即VBB，用二次蒸馏水定容至1.5 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加Pb²⁺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Pb²⁺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，狭缝为50μm，采集时间为3s，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I ₀，计算ΔI = I - I ₀；

（4）以ΔI对Pb²⁺的浓度关系做工作曲线；获得线性回归方程为ΔI _1615cm-1=12.62C+0.35，其中Pb²⁺浓度C的单位为nmol/L，测定线性范围为3.33-66.67 nmoL/L，检出限为1.33nmol/L；

（5）样品测定：取来自桂林市郊区的池塘水、小溪水，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Pb²⁺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Pb²⁺的含量，池塘水中Pb²⁺含量为5.6 nmol/L，小溪水中Pb²⁺含量为1.9 nmol/L。

步骤（1）中所述的5μL-20 μL 0.15 μmol/L铅适配体的序列为5’-GGTTGGTGTGGTGGTTGGTGTTGG-3’。

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6.67 nmol/L的Pb²⁺标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别为103.9%、96.7%、100.4%和99.4%、98.9%、101.5%，相对标准偏差为3.5%和5.4%。

说明该技术方案准确可靠。

Claims (1)

1.适配体调控量子点催化表面增强拉曼光谱测定Pb²⁺的方法，其特征是，包括如下步骤：

（1）制备Pb²⁺标准溶液体系：于刻度试管中，依次加入5μL-100 μL 1 μmol/L的Pb²⁺标准溶液、5μL-20 μL 0.15 μmol/L序列为5’-GGTTGGTGTGGTGGTTGGTGTTGG-3’ 的铅适配体和50μL-150 μL 0.5 mg/L石墨烯量子点，混匀，静置10分钟；然后在各试管中依次加入20μL-60μL 0.01 mol/L HCl、100μL-200 μL 0.5 moL/L 葡萄糖和80 μL-180 μL 84 μmoL/LHAuCl₄，混匀，用二次蒸馏水定容至1 mL，75℃水浴反应18分钟，取出试管，用冰水冷却终止反应，加入20μL-80μL 10 μmoL/L维多利亚蓝B溶液，即VBB，用二次蒸馏水定容至1.5 mL；

（2）制备空白对照溶液体系：用步骤（1）的方法不加Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺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Pb²⁺的含量。

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