CN109187483A - 一种用碳点催化h2o2-tmb反应产物sers测定so32-的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用碳点催化H₂O₂‑TMB反应产物SERS测定SO₃ ^2‑的方法，其特征是，包括如下步骤：（1）制备已知浓度的SO₃ ^2‑标准溶液体系，测定其1606cm^‑1处的SERS峰强度值为I；（2）制备空白对照溶液体系，亦测定其SERS峰强度值为I₀；（3）计算ΔI=I₀‑I；（4）以ΔI对SO₃ ^2‑的浓度做工作曲线；（5）制备被测样品溶液，测定其SERS峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品=I₀‑I_样品；（6）依据工作曲线，计算出被测样品中的SO₃ ^2‑的浓度。这种方法利用碳点能催化H₂O₂氧化TMB生成具有SERS效应的产物，并以该产物为SERS探针，银纳米溶胶为基底，当有被测物SO₃ ^2‑存在时，SERS信号逐渐降低，且与SO₃ ^2‑浓度呈线性关系，实现了用SERS法定量测定SO₃ ^2‑，该方法简便、快速、试剂无毒、选择性好、灵敏度高。

Description

一种用碳点催化H2O2-TMB反应产物SERS测定SO32-的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种用碳点催化H₂O₂-TMB反应产物SERS法测定SO₃ ^2-的方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)由于其高灵敏度，简单便捷，准确率高等特点已成为非常强有力的痕量检测工具，被广泛应用于食品、医学、环境等领域。例如：有文献报道了一种在聚合剂(Zn²⁺)的协助作用下利用卤化物修饰的Au纳米颗粒建立了一种SERS检测10^-8-10^{- 3}mol/L双酚A的新方法，检出限为4.3×10^-9mol/L；一种基于尿素修饰的纳米金为基底以及亚硝酸盐和尿素发生重氮反应，建立了一种检测20-120μmol/L尿素的SERS方法；利用酶扩增促进等温核酸扩增与SERS相结合建立了一个检测1fmol/L-10nmol/L心肌梗塞疾病基因的核酸检测平台，检测限为1fmol/L；一种利用4MBA标记的SiO₂@Ag免疫探针，4NTP标记的SiO₂@Ag免疫探针和金膜半球阵列(Au-FHA)免疫底物组成的夹心免疫复合物构建了一个免疫分析平台，线性范围为10fg/mL-400ng/mL、检出限为3.38fg/mL前列腺、4.87fg/mL甲胎蛋白；基于二维非密堆积聚苯乙烯胶体球阵列Ag/SiO₂/Ag壳复合结构和5,5-Dithiobis(琥珀酰亚胺基-2-硝基苯甲酸酯)(DSNB)标记的抗体建立了一个检测0-8ng/mL AFP-L3的SERS方法，检出限为0.078ng/mL；基于铁蛋白抗体调控氧化石墨烯催化H₂O₂还原HAuCl₄建立了一个SERS检测0.017–1.02ng/mL铁蛋白的方法，检出限为0.008ng/mL；利用马铃薯淀粉绿色合成的银纳米粒子建立了一个SERS检测0.02-10mmol/L抗坏血酸的新方法，检出限为0.02mmol/L；但未见以H₂O₂-TMB反应、纳米银为基底的SERS法测定SO₃ ^2-的报道。

3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)，是一种新型安全被广泛使用的色原试剂，例如：基于半乳糖氧化酶氧化半乳糖产生H₂O₂，然后根据2',7'-二氟荧光素催化H₂O₂氧化TMB生成蓝色氧化产物建立一种检测半乳糖的新方法，线性范围10μmol/L-20mmol/L、检出限为3μmol/L；采用Fe/N掺杂多孔碳(NC)复合物催化氧化TMB产生蓝色产物，然后利用多巴胺(DA)抑制Fe/NC复合物活性使蓝色褪去，从而建立一种检测DA的方法，线性范围0.01–40μmol/L、检出限10nmol/L。这些报道的方法均基于目标物与TMBox的褪色反应，用比色法测定目标物，利用产物做SERS探针测定的方法未见报道。

亚硫酸盐(SO₃ ^2-)具有杀菌、防腐、溶解、抗氧化和增酸等作用，常作为食品添加剂应用于食品加工中，但是高浓度的亚硫酸盐能够引起气喘和过敏反应，因此对SO₃ ^2-的检测十分重要。目前常用的检测方法有高效液相色谱法、原子吸收光谱法、色谱法、电化学分析法、荧光法等。例如：有文献报道的一种电催化伏安法，是利用改性的玻璃碳工作电极以及伏安电流的变化实现对亚硫酸盐浓度的测定，检测范围为5.0×10^-6-8.0×10^-4mol/LSO₃ ^2-；一种利用超声波辅助浊点提取法(UA-CPE)预富集亚硫酸盐，随后利用火焰原子吸收光谱法检测0.04–70μg/L SO₃ ^2-、检出限为0.012μg/L；还有一种利用咔唑-苯并[e]吲哚染料(CEBI)探针显着的荧光比率响应以及高分辨率电喷雾电离质谱(HR-ESI-MS)，质子核磁共振(1H NMR)和时间密度泛函理论对加入SO₃ ^2-后探针光谱特征的变化进行计算，从而可测定0-300μmol/L SO₃ ^2-、检出限为1.74μmol/L。这些报道的方法中，大多数方法使用的仪器昂贵、操作繁琐。目前，以碳点催化H₂O₂-TMB反应生成具有SERS效应的产物用于检测SO₃ ^2-的SERS方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用碳点催化H₂O₂-TMB反应产物SERS法测定SO₃ ^2-的方法。这种方法简便、快速、试剂无毒、选择性好、灵敏度高。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用碳点催化H₂O₂-TMB反应产物SERS测定SO₃ ^2-的方法，与现有技术不同的是，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的SO₃ ^2-标准溶液体系：于不同的刻度试管中，依次加入0.5μL-700μL 10mg/L SO₃ ^2-标准溶液、80μL-120μL 40μg/L CD溶液、150μL-250μL5.5mmol/LpH3.3Tris-HCl缓冲溶液、100μL-150μL 0.5mmol/L TMB溶液和150μL-250μL 100μmol/LH₂O₂溶液，混匀，于40℃水浴反应40min，冰水冷却至室温，再分别加入350μL-450μL0.4mmol/L AgNPs，用二次蒸馏水定容至2.0mL，放置10min；

(2)制备空白对照溶液体系：采用步骤(1)的方法不加SO₃ ^2-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SO₃ ^2-标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在拉曼光谱仪上扫描获得体系的SERS光谱，测定1606cm^-1处的SERS峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的SERS峰强度值为I₀，计算ΔI＝I₀-I；

(4)依据ΔI对SO₃ ^2-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SO₃ ^2-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SERS峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品＝I₀-I_样品；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液SO₃ ^2-的含量。

采用现有技术制备本技术方案中的碳点(简写为CD)的制备方法是：准确称取1g葡萄糖和0.3g硫酸铵，于30mL二次蒸馏水中，搅拌使溶解完全后，转入聚四氟乙烯为衬底的高压釜内，密封后置于温度为180℃的马弗炉中反应5h，反应结束后，自然冷却到室温，即得到棕黄澄清溶液，所得的CD溶液浓度为0.032g/mL(浓度按葡萄糖浓度计算)，将该CD溶液于离心机中，调节转速为7000rpm/g，离心10min,用0.1mol/L NaOH调至中性后得到浓度为0.017g/mL，使用时稀释所需浓度。

采用现有技术制备本技术方案所需的银纳米溶胶(简写为AgNPs)的方法为：在三角烧瓶中，加入二次蒸馏水44mL，搅拌下依次加入2mL 10mmol/L AgNO₃溶液、2.0mL100mmol/L柠檬酸三钠溶液、600μL 30％H₂O₂溶液、600μL 0.1mol/L NaBH₄溶液，快速搅拌至颜色变蓝色，将制得的蓝色银纳米溶胶转入光波炉中，调整温度为250℃光波运行10min，得到橙红色透明银纳米溶胶，自然冷却后，用二次蒸馏水定容至50mL，其浓度为0.4mmol/L AgNPs。

实现本技术方案的原理是：利用碳点的催化作用，即碳点能催化H₂O₂氧化TMB反应生成SERS效应的产物，利用该产物为SERS探针，制备好的银纳米溶胶为基底，当有被测物SO₃ ^2-存在时，SERS信号逐渐降低，且与SO₃ ^2-浓度呈线性关系，从而实现用SERS法定量测定SO₃ ^2-，据此建立了一种简便测定SO₃ ^2-的SERS分析方法。

这种方法的优点是：与现有的方法相比，这种方法以碳点催化H₂O₂氧化TMB生成SERS效应的产物，利用该产物的SERS峰强度与被测物SO₃ ^2-浓度呈线性关系，实现用SERS法定量测定SO₃ ^2-，该方法简便、快速、试剂无毒、选择性好、灵敏度高。

附图说明

图1为实施例中的SERS光谱示意图。

图中，a.2μg/L CD+0.55mmol/L pH3.3Tris-HCl+30μmoL/L TMB+10μmoL/L H₂O₂+0.08mmol/L AgNPs b.a+0.0025mg/L SO₃ ^2-c.a+0.5mg/L SO₃ ^2-d.a+1mg/L SO₃ ^2-e.a+3mg/LSO₃ ^2-f.a+3.5mg/L SO₃ ^2-。

具体实施方式

下面结合附图和实施例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：

一种用碳点催化H₂O₂-TMB反应产物SERS法测定SO₃ ^2-的方法，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的SO₃ ^2-标准溶液体系：于5支不同的刻度试管中，分别加入0.5μL、100μL、200μL、600μL、700μL 10mg/L SO₃ ^2-标准溶液,再分别依次加入100μL40μg/L CD溶液、200μL 5.5mmol/L pH3.3Tris-HCl缓冲溶液、120μL 0.5mmol/L TMB溶液和200μL 100μmol/L H₂O₂溶液，混匀，于40℃水浴反应40min，冰水冷却至室温，再分别加入400μL0.4mmol/L AgNPs，用二次蒸馏水定容至2.0mL，放置10min；

(2)制备空白对照溶液体系：采用步骤(1)的方法不加SO₃ ^2-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SO₃ ^2-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，设定仪器参数光源功率为3.0mW、狭缝为25μm扫描获得体系的SERS光谱，测定1606cm^-1处的SERS峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的SERS峰强度值为I₀，计算ΔI＝I₀-I，如图1所示；

(4)依据ΔI对SO₃ ^2-的浓度关系做工作曲线，获得线性回归方程为ΔI＝2255C+391.4，其中SO₃ ^2-浓度C的单位为mg/L，测定线性范围为0.0025-3.5mg/L，检出限为0.0008mg/L；

(5)样品测定：购买2个品牌的啤酒为测试样品，分别吸取10mL于试管中，室温放置15min，用二次蒸馏水稀释100倍，然后依照步骤(1)的方法制备被测样品，其中加入的SO₃ ^2-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＝I₀-I_样品；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出被测样品SO₃ ^2-的含量分别为0.39mg/L、0.13mg/L。

利用现有技术制备本实施例方案所需的400μL 0.4mmol/L AgNPs。

本技术方案检测方法的验证：

取上述实施例步骤(5)中的稀释100倍的2个品牌的啤酒，加入浓度为0.25mg/L的SO₃ ^2-标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别为99.8％、99.3％，相对标准偏差分别为2.6％、3.1％。说明本技术方案方法准确可靠。

Claims (1)

1.一种用碳点催化H₂O₂-TMB反应产物SERS测定SO₃ ^2-的方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的SO₃ ^2-标准溶液体系：于不同的刻度试管中，依次加入0.5μL-700μL10mg/L SO₃ ^2-标准溶液、80μL-120μL 40μg/L CD溶液、150μL-250μL 5.5mmol/LpH3.3Tris-HCl缓冲溶液、100μL-150μL 0.5mmol/L TMB溶液和150μL-250μL 100μmol/LH₂O₂溶液，混匀，于40℃水浴反应40min，冰水冷却至室温，再分别加入350μL-450μL0.4mmol/LAgNPs，用二次蒸馏水定容至2.0mL，放置10min；

(2)制备空白对照溶液体系：采用步骤(1)的方法不加SO₃ ^2-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SO₃ ^2-标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在拉曼光谱仪上扫描获得体系的SERS光谱，测定1606cm^-1处的SERS峰强度值为I，同时测定空白对照溶液体系的SERS峰强度值为I₀，计算ΔI＝I₀-I；

(4)依据ΔI对SO₃ ^2-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SO₃ ^2-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SERS峰强度值为I_样品，计算ΔI_样品＝I₀-I_样品；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液SO₃ ^2-的含量。