CN108693175A - 一种采用高通量光电比色法检测铜离子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用高通量光电比色法检测铜离子的方法，其以聚苯胺为显色底物，包括：步骤一：制备盐酸掺杂的处于中间氧化态的聚苯胺；步骤二：将二氧化钛与中间氧化态聚苯胺混合，取适量加入到384孔板上，形成中间氧化态的聚苯胺与TiO2的混合液；步骤三：将含有未知浓度的二价铜离子的待检测溶液加入到通过步骤二获得的混合液中，用移液枪使所述混合液与所述待检测溶液混合均匀；步骤四：将承载了通过所述步骤三获得的溶液的384孔板置于紫外灯下照射；步骤五：肉眼分辨由二价铜离子、二氧化钛和聚苯胺在紫外光照射下发生的显色反应引起的颜色变化，初步读出浓度范围。由此，实现了对痕量铜离子浓度的快速、低成本、简便检测。
Description
技术领域
本发明总体涉及化学比色法检测领域，且特别涉及一种采用高通量光电比色法检测铜离子的方法。
背景技术
铜是人体必需的一种营养元素，缺铜会影响智力发展和骨骼发育，但是摄入过量又会引起重金属离子中毒，导致严重的疾病。因此铜元素摄入量的控制显得尤为重要。人体摄取的铜离子的来源主要是水、食物及环境，因此测量来源于食物和水中的痕量的铜离子含量非常重要。美国环境保护局规定饮用水中铜离子的含量不能超过20μM。
目前痕量铜的检测方法主要有荧光法、分光光度法、电化学分析法、化学发光法，金胶比色法等。但是，这些方法大部分需要复杂的仪器和繁琐的操作步骤，成本高，耗时长，且对操作人员的专业水平要求较高，难以满足铜离子的现场分析检测要求。因此，发展新的痕量铜含量的分析检测手段日益急迫。
比色法是一种简便的化学物质含量分析方法，可以直接用肉眼分辨实现对化学物质的含量分析，无需复杂仪器，对人员素质要求低，因此在近年来受到广泛重视。但是目前常用比色法是金胶比色法，其方法成本较高，且操作步骤相对繁琐，有待进一步简化。光电化学方法具有背景信号低，灵敏度高，生物相容性好等优点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是将光电分析法和比色法结合起来，充分利用两者优点，相互弥补两者缺点，提供一种无需复杂设备，成本低廉，操作简单，利用孔板即可实现高通量、可视化检测痕量铜离子的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的一个具体实施方式，提供了一种采用高通量光电比色法检测铜离子的方法，其中，所述方法以聚苯胺为显色底物。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制备盐酸掺杂的处于中间氧化态的聚苯胺；
步骤二：将二氧化钛与中间氧化态聚苯胺混合，取适量加入到384孔板上，形成中间氧化态的聚苯胺与TiO2的混合液；
步骤三：将含有未知浓度的二价铜离子的待检测溶液加入到通过所述步骤二获得的混合液中，用移液枪使所述混合液与所述待检测溶液混合均匀；
步骤四：将承载了通过所述步骤三获得的溶液的384孔板置于紫外灯下照射；
步骤五：肉眼分辨由二价铜离子、二氧化钛和聚苯胺在紫外光照射下发生的显色反应引起的颜色变化，初步读出浓度范围。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：
步骤六：拍摄照片，用Adobe Photoshop软件读绿色通道数值；
步骤七：从工作曲线求出样品中的铜离子浓度实现准确定量。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，在所述步骤四中，所述紫外灯发出的紫外光的波长为380nm以下。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，在所述步骤四中，所述紫外灯发出的紫外光的波长为365nm。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射功率为36w。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射时间为10-20min。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射时间为15min。
根据本发明的一个实施例的检测方法，其中，所述步骤三中，在移至384孔板与中间氧化态的聚苯胺和TiO2的混合液混合之前，将所述待检测溶液调整为酸性或中性。
本发明具有以下优点：(1)通过肉眼可视化检测，操作简单，耗时短，能够迅速取得检测结果；(2)无需复杂仪器，对操作人员素质要求低，只需简单学习即可迅速掌握；(3)原料无毒性，且成本低廉；(4)实现了高通量检测，由于所需检测溶液仅为微量，所以实验可以在孔板上进行，能够在短时间内测试多组待测物溶液；(5)实现了多种读色方式，如肉眼观察、Adobe Photoshop。
附图说明
图1是本发明的采用高通量光电比色法检测铜离子的原理示意图；
图2为通过本发明的方法制得的工作曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图1对本发明的原理进行说明。
具体地，聚苯胺作为一种显色底物，其还原态显示浅黄色，中间氧化态显示墨绿色，完全氧化态显示深蓝色；二氧化钛则具有光电性质，在紫外光的照射下能够激发出光电子；二价铜离子则是铜元素在自然界稳定存在的价态，具有一定的氧化性，一般来说，测量铜元素含量的过程就是测量二价铜离子含量的过程；一价铜离子则是铜元素的不稳定存在状态，具有一定的还原性。
因此，在紫外光的作用下，以上三种化学物质之间可以发生氧化还原反应，影响聚苯胺的价态，从而可以通过聚苯胺颜色差异判断其处于三种价态的何种价态，来检测二价铜离子含量。
具体地，三者的反应原理如下：在溶液中不含二价铜离子时，在紫外光的激发下，二氧化钛将处于中间氧化态的墨绿色聚苯胺氧化为完全氧化态的深蓝色聚苯胺；向溶液加入二价铜离子时，在紫外光的激发下，二氧化钛产生的光生电子将二价铜离子还原成一价铜离子；生成的一价铜离子与处于中间氧化态的聚苯胺发生氧化还原反应，生成还原态的聚苯胺和二价铜离子。随着聚苯胺价态的改变，溶液颜色由墨绿色变为浅黄色。同时，二价铜离子重复上述过程被二氧化钛还原为一价铜离子，生成的一价铜离子继续还原聚苯胺。因此，随着二价铜离子浓度的增加，聚苯胺的颜色呈现由深蓝色到墨绿色再到浅黄色的颜色渐变，相应地，混合液的颜色也随之改变。因此，可以通过比色法可视化检测痕量铜离子的含量。
直观地，铜离子的浓度可以通过肉眼比色法来定量检测痕量铜，当然，为了进一步提高测量精度，也可以通过Adobe Photoshop读取绿色通道数值。
上述导电聚苯胺通过盐酸掺杂本征态聚苯胺(EB-PANI)制得，整个检测过程可在酶标仪384孔板上进行。
本发明以聚苯胺作为显色底物，采用光电比色法检测痕量铜离子浓度的方法具体步骤如下：(1)通过盐酸掺杂不导电聚苯胺得到处于中间氧化态的墨绿色的导电聚苯胺(ES-PANI)作为显色底物；(2)将作为显色底物的聚苯胺与二氧化钛溶液混匀制得混合液，备用，取一定量该混合液移至酶标仪384孔板上；(3)调节含铜离子的待测溶液至酸性或中性，并通过移液枪加入到通过上述步骤(2)获得的酶标仪384孔板上的混合溶液中，将其混合均匀得到反应液；(4)将承载通过所述步骤(3)制得的反应液的384孔板置于紫外光下照射，二氧化钛受激发产生的光电子与二价铜反应生成一价铜，一价铜与处于中间氧化态的聚苯胺发生氧化还原反应，生成还原态的聚苯胺和二价铜，随后，二价铜在紫外光照下重新被二氧化钛还原成一价铜，生成的一价铜继续还原聚苯胺，形成催化循环；(5)用肉眼比色法定量检测痕量铜，即，通过与铜离子标准比色卡对照读出待测铜离子浓度值；(6)进一步利用Adobe Photoshop的绿色通道数值或者酶标仪的紫外吸收光谱作出铜离子标准溶液的工作曲线，通过工作曲线求得待测溶液的铜离子浓度。
实施例
步骤(1)
制备盐酸掺杂本征态聚苯胺(EB-PANI)。
取250μL EB-PANI的二甲基亚砜溶液，与250μL的1.0M盐酸混合后，置于35℃恒温箱中震荡过夜。震荡结束后，在7000rpm下离心10分钟，用600μL超纯水清洗。清洗结束后，再在7000rpm下离心10min，去除上清液，最后用300μL超纯水定容。定容之后即为制得的ES-PANI溶液，其可在室温下存储一星期以上。
步骤(2)
取5μL1mg·mL-1的TiO2的水悬浊液与5μL通过步骤(1)制得的ES-PANI溶液充分混匀后加至384孔板，随后加入10μL含已知浓度的Cu2+的溶液，混匀。
步骤(3)
将上述384孔板置于35℃恒温箱中，用紫外灯以36w的功率照射365nm的紫外光，照射时间为15min。
步骤(4)
拍照获得随该铜离子溶液的浓度而变化的颜色图片，并采用Adobe Photoshop记录含该浓度铜离子的样品混合液的绿通道读数。
步骤(5)
重复上述步骤(1)～(4)获得随铜离子浓度不同呈现不同颜色变化的混合液图片，制得标准色卡，并制得如图2所示的不同浓度铜离子的样品混合液的工作曲线。在图2中横坐标为铜离子浓度的对数值，纵坐标为绿色通道数值。
步骤(6)
当需要检测未知浓度的铜离子溶液时，继续上述步骤(1)～(3)，获得样品混合液，待其显色反应结束，颜色稳定下来之后肉眼比对样品混合液的颜色与通过步骤(5)获得的标准色卡的颜色，如果与某已知浓度溶液的颜色相同或相近，则可大致判定两者的浓度相同；如果未知浓度的铜离子溶液经所述显色反应之后的颜色介于两种铜离子浓度已知的溶液的颜色之间，则可判定为该未知浓度的铜离子溶液浓度为上述两者铜离子浓度已知的溶液的中间值。
步骤(7)
如果需要进一步获得较为精确的铜离子浓度，则拍摄照片，由Adobe Photoshop软件读取绿色通道数值，根据如图2所示的工作曲线准确定量铜离子浓度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (9)
1.一种采用高通量光电比色法检测铜离子的方法，其特征在于，所述方法以聚苯胺为显色底物。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：制备盐酸掺杂的处于中间氧化态的聚苯胺；
步骤二：将二氧化钛与中间氧化态聚苯胺混合，取适量加入到384孔板上，形成中间氧化态的聚苯胺与TiO2的混合液；
步骤三：将含有未知浓度的二价铜离子的待检测溶液加入到通过所述步骤二获得的混合液中，用移液枪使所述混合液与所述待检测溶液混合均匀；
步骤四：将承载了通过所述步骤三获得的溶液的384孔板置于紫外灯下照射；
步骤五：肉眼分辨由二价铜离子、二氧化钛和聚苯胺在紫外光照射下发生的显色反应引起的颜色变化，初步读出浓度范围。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
步骤六：拍摄照片，用Adobe Photoshop软件读绿色通道数值；
步骤七：从工作曲线求出样品中的铜离子浓度实现准确定量。
4.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述紫外灯发出的紫外光的波长为380nm以下。
5.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述紫外灯发出的紫外光的波长为365nm。
6.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射功率为36w。
7.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射时间为10-20min。
8.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述紫外灯的照射时间为15min。
9.根据权利要求2或3所述的检测方法，其特征在于，所述步骤三中，在移至384孔板与中间氧化态的聚苯胺和TiO2的混合液混合之前，将所述待检测溶液调整为酸性或中性。
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108693175B (zh) | 2021-07-30 |
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