CN108827896B - 一种铅离子检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铅离子检测方法，包括：将含S2O3 2‑及Pb2+的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获混合反应体系于紫外‑可见光波段的吸光值，实现对待测溶液中Pb2+的检测。本发明提供的铅离子检测方法可以实现对Pb2+的比色检测，线性范围为50nmol/L～2.0μmol/L，灵敏度可达到6.7nmol/L，具有简便快速、成本低、稳定性高等优点，能很好的满足实际应用的需求。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料和分析化学技术领域，具体的涉及一种基于金核铂壳纳米粒子的铅离子比色检测方法，可用于对自来水中铅离子的检测。
背景技术
Pb2+的暴露影响人体的健康，尤其对儿童未成熟的神经系统有很大的危害。当血铅浓度超过100μg/L时，会严重影响儿童大脑功能，导致低智力和行为发展问题。世界卫生组织(WHO)推荐饮用水中Pb2+最大限量为10μg/L。目前，许多常见的理化检测方法被应用于Pb2+的检测，如原子吸收法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)等，但这些方法需要较昂贵的仪器或专业的操作人员，检测成本较高。因此，研发经济可靠、简单快速的Pb2+的检测方法非常有必要。
近年来，基于贵金属纳米的Pb2+比色检测方法引起了广泛的关注。如，Lu等人基于DNA酶-AuNPs偶联物构建了Pb2+比色传感方法。Guo等人发现Pb2+能使木瓜蛋白酶修饰的AuNPs聚集，基于此建立了经济、快速的Pb2+的比色检测方法。虽然这些检测方法都具有较好的灵敏度和选择性，但生物分子的稳定性不足限制了它们广泛的应用。Thomas等人利用没食子酸修饰的AuNPs检测Pb2+。除了基于AuNPs聚集的比色检测方法，Huang等人发现Pb2+在硫代硫酸钠(Na2S2O3)和2-巯基乙醇存在的情况下会加速AuNPs的浸析，基于此建立了Pb2+的比色检测方法，该方法的线性范围为2.5nmol/L～10μmol/L，检出限为0.5nmol/L[74]。Zhang等人发现将Na2S2O3和Pb2+加入体系中能使CTAB修饰的AuNPs发生浸析，根据AuNPs的表面等离子共振吸收峰的变化，可以定量检测Pb2+，检测灵敏度为40nmol/L。总的来说，以上这些方法的选择性和方法的稳定性还有待进一步提高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种铅离子检测方法，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种铅离子检测方法，包括：将含S2O3 2-及Pb2+的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获混合反应体系于紫外-可见光波段的吸光值，实现对待测溶液中Pb2+浓度的检测。
在一种优选实施方案中，所述方法包括：
提供一系列不同浓度的Pb2+标准液，所述Pb2+标准液含有S2O3 2-；
将所述一系列不同浓度的Pb2+标准液分别与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液；
测定所获的不同混合体系于630～670nm波段的吸光值，获得Pb2+浓度-吸光值的标准曲线；
将含S2O3 2-及pb2+的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获的不同标准混合体系于630～670nm波段的吸光值，并与所述标准曲线对照，测得待测溶液中Pb2+的浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
1)本发明将不同浓度的Pb2+与Au@Pt NPs混合，不同程度地抑制金核铂壳纳米模拟过氧化物酶的催化活性，同时可以通过TMB和H2O2显色反应对Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性变化进行信号放大。基于此建立的Pb2+比色检测方法，线性范围为50nmol/L～2.0μmol/L，灵敏度可达到6.7nmol/L；
2)本发明的Pb2+检测方法具有简便快速、成本低、稳定性高等优点，可应用于实际样品中Pb2+的检测，该检测方法也可应用于自来水中Pb2+的检测，结果准确可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一典型实施方案中基于金核铂壳纳米粒子的铅离子检测方法的原理图；
图2a是本发明实施例中Au@Pt NPs电镜图；
图2b是本发明实施例中Au@Pt NPs与S2O3 2-孵育后电镜图；
图2c是本发明实施例中Au@PtNPs与S2O3 2-和Pb2+混合液孵育后电镜图；
图3是本发明实施例中的紫外-可见光光谱图，图中从上到下分别是Au@Pt NPs催化TMB-H2O2显色(a)、Au@Pt NPs和S2O3 2-孵育后催化TMB-H2O2显色(b)、Au@Pt NPs与S2O3 2-和Pb2+孵育后催化TMB-H2O2显色(c)、Au@PtNPs(d)、TMB-H2O2溶液(e)；
图4是本发明实施例中Pb2+的浓度-吸光值标准曲线图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明中的核壳结构的双金属纳米粒子，如Au@Pt NPs显示出出色的类过氧化物酶活性，能够催化H2O2氧化TMB，生成氧化态的TMB，且在630～670nm处有紫外可见光吸收峰。本发明中，S2O3 2-存在的情况下，促进了Pb2+沉积到Au@Pt NPs表面以及表面浸析的发生，消减了Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性。同时可以通过TMB和H2O2显色反应对Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性变化进行信号放大。因此，本发明建立了一种高灵敏度、高选择性的Pb2+比色检测方法。
本发明实施例提供的一种铅离子检测方法，包括：将含S2O3 2-及Pb2+的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获混合反应体系于紫外-可见光波段的吸光值，实现对待测溶液中Pb2+浓度的检测。
在一些优选实施方案之中，所述金核铂壳纳米粒子中金核的粒径为15～22nm，铂壳的厚度为1～3nm，金核铂壳纳米粒子的粒径为19-26nm。
在一些优选实施方案之中，所述方法包括：
提供一系列不同浓度的Pb2+标准液，所述Pb2+标准液含有S2O3 2-；
将所述一系列不同浓度的Pb2+标准液分别与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液；
测定所获的不同混合体系于630～670nm波段的吸光值，获得Pb2+浓度-吸光值的标准曲线；
将含S2O3 2-及Pb2+的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获的不同标准混合体系于630～670nm波段的吸光值，并与所述标准曲线对照，测得待测溶液中Pb2+的浓度。
优选的，测定混合体系于650nm波段的吸光值。
在一些优选实施方案之中，在该一系列Pb2+标准液的浓度处于50nmol/L～2.0μmol/L的区间时，根据不同标准混合体系于630～670nm波段的吸光值与对应的Pb2+标准液的浓度的对数值建立标准曲线。
在一些优选实施方案之中，所述S2O3 2-的来源包括Na2S2O3。
在一些优选实施方案之中，所述显色液包括0.1～10mmol/L TMB、1～10mmol/L柠檬酸和0.88～2.2mmol/L H2O2，并且所述显色液的pH值为4.0～5.0。
在一些优选实施方案之中，所述Pb2+标准液或所述待测溶液含有0.1～10μmol/LS2O3 2-。
在一些优选实施方案之中，所述金核铂壳纳米粒子的分散液的浓度为0.5～2nmol/L。
所述金核铂壳纳米粒子可以采用业界已知的方式制备。例如在一些优选实施方案之中，所述金核铂壳纳米粒子的制备方法包括：
1)将超纯水和HAuCl4溶液混合后加热至沸腾，之后加入柠檬酸钠溶液，并保持加热，至混合反应液颜色变为酒红色后继续加热，之后冷却至室温；
2)将步骤1)所获金纳米粒子的分散液与K2PtCl6混合，并加热至70～90℃，再分批加入超纯水和L-抗坏血酸的混合液，保持加热，得到金核铂壳纳米粒子的分散液。
请参阅图1所示是本发明一较为典型的实施方案中基于金核铂壳纳米粒子的铅离子检测方法的原理图，其包括：在S2O3 2-存在的情况下，将Pb2+加入到Au@Pt NPs溶液中，S2O3 2-通过配位作用吸附在Au@Pt NPs表面，促进了Pb2+的沉积，使得Au@Pt NPs表面发生浸析且诱导团聚，Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性被抑制；同时可以通过TMB和H2O2显色反应对Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性变化进行信号放大。测定预设波段处的吸光值，例如可以用酶标仪记录650nm处的吸光值，而在一定范围内Pb2+的含量与吸光值相关，基于此对Pb2+标准品进行检测，建立标准曲线，以达到对实际样品中Pb2+进行定量检测的目的。
以下通过实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
本实施例提供的铅离子的检测方法包括如下具体步骤：
(1)采用柠檬酸钠还原法制备得到AuNPs
将97.5mL超纯水和2.5mL浓度为4.0g/L的HAuCl4溶液加入到锥形瓶中，于磁力搅拌器上搅拌至沸腾，保持沸腾5～6min，将2.0mL浓度为1.0％的柠檬酸钠溶液一次性加入锥形瓶中，继续加热搅拌，观察溶液颜色变为酒红色后，继续加热10min，室温冷却，于4℃储藏备用。
(2)制备金核铂壳纳米粒子
取15mL上述制备好的AuNPs和54μL浓度为10mmol/L的K2PtCl6于洁净的锥形瓶中，放置在磁力搅拌器上搅拌加热至80℃，用注射泵以2.0mL/min的速度将9.676mL超纯水和270μL浓度为10mmol/L的L-抗坏血酸混合液注入锥形瓶，继续保持温度为80℃搅拌30min。将制备好的Au@Pt NPs于冰箱储藏备用。
(3)对铅离子标准品进行检测
采用PB缓冲液(20mmol/L，pH 5.0)将Au@Pt NPs溶液稀释5倍。1.0μmol/L硫代硫酸钠溶液将Pb2+标准液稀释为不同浓度。取80μL Pb2+标准液于96微孔板上，再加入20μL的Au@Pt NPs溶液，室温下孵育30min。然后向其中加入100μL显色液(40μL的1.0mmol/L TMB，40μL的pH 4.4柠檬酸缓冲液，20μL的1.1mol/L H2O2)，孵育10min后，测定650nm处的吸光值(A650)。当体系中不存在Pb2+时，Au@Pt NPs的类过氧化物酶活性没有被抑制，因此此时A650最大，随着Pb2+浓度的增加，A650逐渐减小。根据A650与对应的Pb2+浓度的对数值建立标准曲线，如图4所示，实验结果在50nmol/L～2.0μmol/L区间内呈良好的线性关系，灵敏度可达到6.7nmol/L。
该铅离子的检测方法中，Au@PtNPs电镜图如图2a所示，Au@PtNPs与S2O3 2-孵育后的电镜图如图2b所示，Au@PtNPs与S2O3 2-和Pb2+混合液孵育后的电镜图如图2c所示。
图3是本发明实施例中紫外-可见光光谱图，图中从上到下分别是Au@Pt NPs催化TMB-H2O2显色(a)、Au@Pt NPs和S2O3 2-孵育后催化TMB-H2O2显色(b)、Au@Pt NPs与S2O3 2-和Pb2+孵育后催化TMB-H2O2显色(c)、Au@PtNPs(d)、TMB-H2O2溶液(e)。
对自来水样品中Pb2+的检测及加标后与石墨炉原子吸收法进行比较，包括如下步骤：
样品预处理：收集实验室的自来水进行添加回收实验，在自来水中加入不同浓度的Pb2+，形成三组样品，用0.22μm的微孔膜过滤即得到用于检测的加标自来水样。通过微孔膜可有效地去除体系中的细菌、悬浮颗粒物等。将不同浓度的Pb2+利用本发明中铅离子的检测方法进行检测，将得到的检测结果与石墨炉原子吸收法所得的结果进行比较。结果见表一。两种方法检测结果一致，无明显差异。
表一：自来水实际样品检测，石墨炉原子方法与本方法比较
应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种铅离子检测方法，其特征在于包括：
提供一系列不同浓度的Pb2+标准液，所述Pb2+标准液含有浓度为0.1～10μmol/L的S2O3 2-；
将所述一系列不同浓度的Pb2+标准液分别与浓度为0.5～2nmol/L的金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，所述金核铂壳纳米粒子中金核的粒径为15～22nm，铂壳的厚度为1～3nm，金核铂壳纳米粒子的粒径为19-26nm，所述显色液包括0.1～10mmol/L TMB、1～10mmol/L柠檬酸和0.88～2.2mmol/L H2O2，并且所述显色液的pH值为4.0～5.0；
在该一系列Pb2+标准液的浓度处于50nmol/L～2.0μmol/L的区间时，根据不同标准混合体系于630～670nm波段的吸光值与对应的Pb2+标准液的浓度的对数值建立Pb2+浓度-吸光值的标准曲线；
将含Pb2+及浓度为0.1～10μmol/L的S2O3 2-的待测溶液与金核铂壳纳米粒子的分散液混合，之后加入显色液，再测定所获的不同标准混合体系于630～670nm波段的吸光值，并与所述标准曲线对照，测得待测溶液中Pb2+的浓度。
2.根据权利要求1所述的铅离子检测方法，其特征在于，所述S2O3 2-的来源包括Na2S2O3。
3.根据权利要求1所述的铅离子检测方法，其特征在于，所述金核铂壳纳米粒子的制备方法包括：
1)将超纯水和HAuCl4溶液混合后加热至沸腾，之后加入柠檬酸钠溶液，并保持加热，至混合反应液颜色变为酒红色后继续加热，之后冷却至室温；
2)将步骤1)所获金纳米粒子的分散液与K2PtCl6混合，并加热至70～90℃，再分批加入超纯水和L-抗坏血酸的混合液，保持加热，得到金核铂壳纳米粒子的分散液。
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