CN108181304A - 一种水中汞离子浓度的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水中汞离子浓度的检测方法，1）将HAuCl4溶液加入CQDs溶液中，生成Au‑CQDs溶液；2)在冷却后的Au‑CQDs溶液中加入含有巯基的DNA，反应得到DNA‑Au‑CQDs溶液；3）将纤维素滤纸浸泡于DNA‑Au‑CQDs溶液中，18‑24h后，取出，吹干，备用；4）将上述纤维素滤纸分别浸泡于不同浓度的汞离子标准溶液中，然后烘干，测定各纤维素滤纸的灰度与汞离子浓度的关系，得到标准曲线；5）取崭新的纤维素滤纸，在DNA‑Au‑CQDs溶液中浸泡后，测定该纤维素滤纸的灰度并结合上述标准曲线，测得待测水样中汞离子的浓度。本发明将Au‑CQDs负载在TCP表面从而设计出高灵敏、高选择、重现性好、成本低的汞离子浓度的检测方法，实现对自然水体中重金属汞离子的实时、快速地监控。

Description

一种水中汞离子浓度的检测方法
技术领域
本发明属于检测分析技术领域，具体涉及一种水中汞离子浓度的检测方法。
背景技术
汞作为一种生活中常见的重金属元素，对人类健康和环境都具有极强的危害性，而且不能被微生物所降解，容易在活体内富集，对人体健康造成极大威胁。因此，GB5749-2006中规定我国生活饮用水中汞的限值为1μg/L，当人体中汞离子的浓度达到0.5-1.0μg/mL时，人体就会出现明显的中毒症状.因此建立一种能快速准确测定水中汞离子的方法具有重要意义。截至目前，已开发用于测定水体基质中Hg离子的仪器分析方法包括原子吸收光谱法，电热原子吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱法，溶出伏安法等。这些方法除了具有众所周知的优势外，都无法避免昂贵的仪器费用或必要的复杂操作，限制了这些方法在现场监测中的应用。
近年来，由于比色分析法操作简单快速，数据可由肉眼直接读出，成本低，不需要任何复杂仪器等优点，使其在现场监测应用方面备受青睐。纳米材料由于具有独特的物理化学和光学特性，已成为材料科学领域的研究热点。其中，金作为绿色纳米技术中最具研究活力和发展潜力的金属元素，在纳米电子学、光电子学、催化和生物医学等领域有着广泛的应用，由于其良好的显色效应，因此其在比色传感器中也得到了广泛应用。
因此，开发一种简单，成本低、便携的测定Hg离子浓度的方法意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种灵敏高、重现性好、成本低、操作简便的水中汞离子浓度的检测方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，
一种水中汞离子浓度的检测方法，包括以下步骤：
1)利用CQDs的还原性来合成Au-CQDs纳米复合材料：将浓度为1.0mg/mL的HAuCl4溶液加入CQDs溶液中，所述HAuCl4溶液与CQDs溶液的体积比为0.9-1.1∶1，60-70℃反应50-60min，生成Au-CQDs溶液；
2)在37℃条件下，在冷却后的Au-CQDs溶液中加入浓度为1μM的含有巯基的DNA，所述DNA与CQDs溶液的体积比为1∶4,DNA中的巯基与Au-CQDs纳米之间通过形成Au-S键而生成DNA-Au-CQDs溶液，然后置于4℃的恒温度冰箱中保存，备用；
3)将纤维素滤纸裁成直径2-2.5cm的圆片纤维素滤纸，然后浸泡于DNA-Au-CQDs溶液中，浸泡时间为18-24h，然后取出纤维素滤纸，吹干，备用；
4)配制梯度浓度的汞离子标准溶液，将步骤3)的纤维素滤纸分别浸泡于各浓度的汞离子标准溶液中，反应50-60min后，取出与各浓度的汞离子溶液反应后的各纤维素滤纸，然后将各纤维素滤纸烘干，参考Mallory的图像处理方法，测定各纤维素滤纸的灰度与汞离子浓度的关系，得到标准曲线；
5)取崭新的纤维素滤纸，在DNA-Au-CQDs溶液中浸泡18-24h后，取出纤维素滤纸，吹干，然后将该纤维素滤纸浸泡于待测水样中，反应50-60min后，取出该纤维素滤纸，然后将该纤维素滤纸烘干，按照步骤4)的图像处理方法，测定该纤维素滤纸的灰度并结合上述标准曲线，测得待测水样中汞离子的浓度。
步骤1)，所述CQDs溶液的浓度为8.0mg mL-1。
步骤1)中，所述CQDs溶液的合成方法如下：在三口烧瓶中加入10g蔗糖和20mL油酸，在215℃下，通过磁力搅拌器搅拌，并在氮气保护中反应5min，待体系冷却后，去除上层清液，将三口烧瓶底部的棕色固体用40mL水溶解，然后使用己烷萃取除去溶液中的油酸，最后将溶液置于1000分子量透析袋中透析20-24h，然后用水定容到500mL，得到CQDs溶液，在4℃下储存备用。
步骤2)，DNA为5′-SH-(CH2)6-TTT-GTT-TGT-TGG-GGT-TCT-TTC-TTT-3′，购买于生工生物工程(上海)股份有限公司
步骤4)，所述汞离子标准溶液为浓度0.01-4.0μg/L的梯度浓度的标准溶液。
碳量子点(CQDs)作为新型的零维纳米材料，具有优异的发光性能与小尺寸特性，以及良好水溶性和生物相容性等特点，CQDs可作为反应的还原剂及分散剂，本发明通过CQDs的还原性制备出Au-CQDs纳米复合物，由于CQDs具有光催化等特性，Au纳米粒子具有显色的特性，因此Au-CQDs纳米复合物具有光催化、显色等优异特性。纤维素滤纸(TCP)属于天然的多孔性非纺织性材料，价格低廉，资源丰富，本发明将其作为纳米物质的载体。本发明将Au-CQDs负载在TCP表面从而设计出高灵敏、高选择、重现性好、成本低的汞离子浓度的检测方法，实现对自然水体中重金属汞离子的的实时、快速地监控。
附图说明
图1为CQDs、Au-CQDs和DNA-Au-CQDs的紫外-可见光吸收光谱图；
图2为不同浓度的Hg离子与DNA-Au-CQDs/TCP反应后的颜色变化图；
图3为Hg离子浓度与图像灰度值之间的线性关系图。
具体实施方式
一种水中汞离子浓度的检测方法，包括以下步骤：
1)利用CQDs的还原性来合成Au-CQDs纳米复合材料：将浓度为1.0mg/mL的HAuCl4溶液加入CQDs溶液中，所述HAuCl4溶液与CQDs溶液的体积比为0.9-1.1∶1，60-70℃反应50-60min，生成Au-CQDs溶液；
2)在37℃条件下，在冷却后的Au-CQDs溶液中加入浓度为1μM的含有巯基的DNA，所述DNA与CQDs溶液的体积比为1∶4,DNA中的巯基与Au-CQDs纳米之间通过形成Au-S键而生成DNA-Au-CQDs溶液，然后置于4℃的恒温度冰箱中保存，备用；
3)将纤维素滤纸裁成直径2-2.5cm的圆片纤维素滤纸，然后浸泡于DNA-Au-CQDs溶液中，浸泡时间为18-24h，然后取出纤维素滤纸，吹干，备用；
4)配制梯度浓度的汞离子标准溶液，将步骤3)的纤维素滤纸分别浸泡于各浓度的汞离子标准溶液中，反应50-60min后，取出与各浓度的汞离子溶液反应后的各纤维素滤纸，然后将各纤维素滤纸烘干，参考Mallory的图像处理方法，测定各纤维素滤纸的灰度与汞离子浓度的关系，得到标准曲线；
5)取崭新的纤维素滤纸，在DNA-Au-CQDs溶液中浸泡18-24h后，取出纤维素滤纸，吹干，然后将该纤维素滤纸浸泡于待测水样中，反应50-60min后，取出该纤维素滤纸，然后将该纤维素滤纸烘干，按照步骤4)的图像处理方法，测定该纤维素滤纸的灰度并结合上述标准曲线，测得待测水样中汞离子的浓度。本发明实验器材
电子天平(赛多利斯天平，BS110S(0.01mg)、原子吸收分光光度计(澳大利亚GBC，GBC932B)、电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏，DHG-9036A)、自镇流荧光高压汞灯(华特光电器材，功率：160W)、超纯水系统(Millipore Co.，MA MilliQ)、酸度计(梅特勒-托利多仪器，PHS-2C)、蠕动泵(保定兰格恒流泵，BT00-300T)、超声波清洗器(昆山市超声仪器，KQ-250B)、单反数码相机(佳能，EOS405D)。
本发明实验药品
5′-SH-(CH2)6-TTT-GTT-TGT-TGG-GGT-TCT-TTC-TTT-3′(DNA，购买于生工生物工程(上海)股份有限公司)Hg(II)(1.0g L-1)标准溶液(GBW08603)；氯金酸、葡萄糖、油酸(分析纯，西陇化工)；定量滤纸(中速，直径7cm，杭州新华)等。
以下结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
CQDs溶液的合成
在三口烧瓶中加入10g蔗糖和20mL油酸，在215℃下，通过磁力搅拌器搅拌，并在氮气保护中反应5min来合成CQDs。待体系冷却后，去除上层清液液体，烧瓶的底部棕色固体就是CQDs。产品用40mL水溶解，然后使用己烷来萃取除去溶液中的油酸，最后，置于1000分子量透析袋中透析24h，然后用水定容到500mL，在4℃下储存备用。
实施例2
利用CQDs的还原性来合成Au-CQDs纳米复合材料：
将200μL的HAuCl4(1.0mg mL-1)溶液加入到200μL的上述配好的CQDs溶液中，在70℃反应60min至生成一种粉色的稳定的Au-CQDs溶液，冷却之后，在37℃条件下，加入1μM 50μL的DNA，通过巯基与Au-CQDs纳米之间形成Au-S键而制备DNA-Au-CQDs，然后放到4℃的恒温冰箱中保存，备用。
图1显示了CQDs、Au-CQDs和DNA-Au-CQDs的紫外-可见光吸收光谱图。从图1中可以看出CQDs在281nm处有一个很强的吸收峰，而Au-CQDs在282nm和536nm处有强的吸收，这些特征峰与报道一致。从而表明该材料已被成功制备。
实施例3
标准曲线的绘制
把纤维素滤纸(TCP)裁成直径为2cm的小圆片TCP，然后浸泡于DNA-Au-CQDs溶液中，24h后取出，在常温下通过鼓风烘干机吹干，备用，记为DNA-Au-CQDs/TCP。
配制一定浓度(0.01-4.0μg/L)Hg离子标准溶液，将上述DNA-Au-CQDs/TCP分别浸泡于不同浓度的汞离子标准溶液中，反应60min后，取出DNA-Au-CQDs/TCP，将反应后的DNA-Au-CQDs/TCP放入40℃鼓风烘干机烘干，完全干燥后参考Mallory的图像处理方法进行分析。首先，数码相机拍摄显色后TCP并以300dpi的JPEG格式储存图像，利用Image J软件以RGB色彩格式将其打开，调整颜色阈值过程如下：
1.打开Image J软件菜单，依次点击“Image”→“Adjust”→“Color Threshold”；
2.点击“Color Threshold”进入HSB窗口后，点击窗口底部，调整色调、饱和度和亮度；
3.移动“Hue”下方的滑块，调节色调确定所需要的可视颜色区域，定量分析时色调阀值保持不变。
4.调整好色调后，将图像转化为8-灰度(依次点击“Image”→“Type”→“8-bit”)，最后反调图像色调(依次选择“Edit”→“Invert”)，通过测定灰度强度变化与金属吸附量绘制相关曲线，得到标准曲线。
DNA-Au-CQDs/TCP与Hg离子作用主要是通过DNA上的T碱基与Hg离子反应，形成T-Hg-T结构，导致DNA-Au-CQDs/TCP表面颜色变化，拍照后，通过图像分析得到浓度与图像灰度值之间的相关性如图2所示，该方法在样品浓度为0.01-4.0μg/L范围内具有良好的对数关系：I＝61.900+31.098CHg(II)，相关系数为0.9989，检测浓度低至0.005μg/L(图3)。
实施例4
水样测试
通过加标回收法对漳州市九龙江水中的Hg离子浓度进行测定，测定出空白的九龙江水样中含有0.025μg/LHg离子，通过加标回收法测定，其回收率在96.7％-104.0％，同时，与ICP-MS对比，其结果相近，说明本发明方法可用于水中Hg离子浓度的的测定。
5)取崭新的纤维素滤纸，在DNA-Au-CQDs溶液中浸泡18-24h后，取出纤维素滤纸，吹干，然后将该纤维素滤纸浸泡于漳州市九龙江水样中，反应60min后，取出该纤维素滤纸，然后将该纤维素滤纸烘干，按照实施例3的图像处理方法，测定该纤维素滤纸的灰度，然后结合实施例3的标准曲线，测得水样中汞离子的浓度。
表1水样中Hg(II)的分析结果(n＝6)

Claims (6)

1.一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于：其包括以下步骤：
1）将浓度为1.0 mg /mL 的HAuCl4溶液加入CQDs 溶液中，所述HAuCl4溶液与CQDs 溶液的体积比为0.9-1.1∶1， 60-70℃反应 50-60 min，生成Au-CQDs溶液；
2) 在37 ℃条件下，在冷却后的Au-CQDs溶液中加入浓度为1μM 的含有巯基的DNA，所述DNA与CQDs 溶液的体积比为1∶4，反应得到DNA-Au-CQDs溶液，然后置于4 ℃环境中保存，备用；
3）将纤维素滤纸浸泡于上述DNA-Au-CQDs溶液中，18-24h后，取出纤维素滤纸，吹干，备用；
4）配制梯度浓度的汞离子标准溶液，将步骤3）的纤维素滤纸分别浸泡于不同浓度的汞离子标准溶液中，反应50-60min后，取出与各浓度的汞离子标准溶液反应后的各纤维素滤纸，然后将各纤维素滤纸烘干，参考Mallory的图像处理方法，测定各纤维素滤纸的灰度与汞离子浓度的关系，得到标准曲线；
5）取崭新的纤维素滤纸，在DNA-Au-CQDs溶液中浸泡18-24h后，取出纤维素滤纸，吹干，将该纤维素滤纸浸泡于待测水样中，反应50-60min后，取出该纤维素滤纸，然后将该测纤维素滤纸烘干，按照步骤4）的图像处理方法，测定该纤维素滤纸的灰度并结合上述标准曲线，测得待测水样中汞离子的浓度。
2. 根据权利要求1所述的一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于： 步骤1），所述CQDs 溶液的浓度为8.0 mg mL−1。
3. 根据权利要求1所述的一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于：步骤1）中，所述CQDs 溶液的合成方法如下：在三口烧瓶中加入 10 g 蔗糖和 20 mL 油酸，在210-220℃下，通过磁力搅拌器搅拌，并在氮气保护中反应 5 -8min ，待体系冷却后，去除上层清液，将三口烧瓶底部的固体用 40 mL 水溶解，然后使用己烷萃取除去溶液中的油酸，最后将溶液置于 1000 分子量透析袋中透析20- 24 h，然后用水定容到 500 mL，得到CQDs 溶液，在 4 ℃下储存备用。
4.根据权利要求1所述的一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于：步骤2），所述DNA为5′-SH-(CH2)6-TTT-GTT-TGT-TGG-GGT-TCT-TTC-TTT-3′。
5.根据权利要求1所述的一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于：步骤3），所述纤维素滤纸的规格为直径2-2.5cm的圆片滤纸。
6. 根据权利要求1所述的一种水中汞离子浓度的检测方法，其特征在于：步骤4），所述汞离子标准溶液为浓度0.01-4.0 μg/L的梯度浓度的标准溶液。
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Address after: 350015 Room 301, building 7, Fuzhou Internet of things industrial innovation and development center, 136 Kuiqi Road, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province (in the pilot Free Trade Zone)

Patentee after: Fujian tongtest Electronic Technology Co.,Ltd.

Address before: 363000 No.1 Ma'anshan Road, Shengli West, Xiangcheng District, Zhangzhou City, Fujian Province

Patentee before: ZHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY

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Patentee after: Tongtest Technology (Xiamen) Co.,Ltd.

Address before: 350015 Room 301, building 7, Fuzhou Internet of things industrial innovation and development center, 136 Kuiqi Road, Mawei District, Fuzhou City, Fujian Province (in the pilot Free Trade Zone)

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