CN110208259A - 一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法，通过将一定浓度的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内调节pH值，调节pH值后将一定量的三乙胺盐酸溶液滴入至离心管内，然后提取一定体积的新配的3，3′，5，5′‑四甲基联苯胺溶液和一定体积的新配的过氧化氢溶液溶于所述离心管内的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液，向所述检测液加入待测金属铜离子样本溶液，震荡摇匀后静置一段时间，最终通过目视法观察检测溶液的颜色变化，并测试检测溶液的紫外可见吸收光谱。相对现有技术，本发明技术方案具有简单便捷且反应迅速等优点，可实现金属铜离子的快速且精准的检测。

Description

一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法
技术领域
本发明涉及分析化学技术领域，特别涉及一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法。
背景技术
铜离子是人体必需的微量元素之一，对人体的健康起着重要作用。然而由于铜离子具有较强毒性，当浓度过高时，会影响肝脏和肾脏代谢作用，从而对人体造成伤害。我国政府对水环境中的铜离子含量有明确规定，例如国标(GB 3838-2002)规定饮用水中铜离子的含量不得超过20umol/L。
过氧化氢(H2O2)为中等强度的氧化剂，通常在酶或金属离子催化下会分解为高氧化性羟基自由基(OH·)或超氧自由基(O2 -·或HO2·)，这些活性氧的自由基(ROS)参与一系列的生理过程，如细胞凋亡和增殖，并与衰老和致癌作用有关，因此ROS的产生并可与3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)指示剂反应，从而导致颜色发生显著变化。另一方面，OH·被认为是一种高反应性氧化剂，其在工业应用中能够使各种惰性有机化学品进行高效氧化，常被用于废水处理，因此研究具有高效ROS产生的过程和H2O2分解催化机理，对于传感和环境保护都非常重要。
许多生物酶，如辣根过氧化物酶(HRP)可用于分解H2O2产生ROS，然而生物酶很容易变性且成本高，实验室准备和回收的困难限制了它们实际应用，纳米酶被定义为具有酶特征的纳米材料，其具有更高稳定性，易于分离和低成本等优点，因此许多过渡金属离子，如Fe，Cu，Mn等可以直接用于通过H2O2产生ROS的催化剂，但由于水解，大多数金属离子被限制在酸性介质中使用，与金属离子相比，金属离子络合物更稳定，因此对恶劣条件具有稳定性。其中，Fe和Cu配合物被认为是产生ROS的最佳候选物。在某些情况下，Cu-胺配合物显示出对ROS的生成具有高度催化作用，并且已经应用于直接肉眼比色传感Cu2+，其灵敏度比其他方法高几个数量级。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种简单便捷且反应迅速的快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法，旨在实现金属铜离子的快速且精准的检测。
为实现上述目的，本发明提出的一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法，包括步骤：
步骤S1：将一定浓度的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内调节pH值，调节pH值后将一定量的三乙胺盐酸溶液滴入至离心管内；
步骤S2：提取一定体积的新配的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液和一定体积的新配的过氧化氢溶液溶于所述离心管内的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液；
步骤S3：向所述检测液加入待测金属铜离子样本溶液，震荡摇匀后静置一段时间；
步骤S4：通过目视法观察检测溶液的颜色变化，并测试检测溶液的紫外可见吸收光谱。
优选地，所述步骤S1的盐酸溶液的浓度为0.05～0.2mol/L，所述三乙胺盐的浓度范围为0.001～0.5mol/L，调节酸碱度后，三乙胺盐溶液的pH范围为3.0～7.0；使用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐滴加入至1.5mL的所述离心管内。
优选地，所述步骤S2的所述3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液的体积为10～50uL，所述3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为0.05～50mM；所述过氧化氢体积范围为1～10uL，所述过氧化氢浓度范围为1～20mol/L。
优选地，所述步骤S3的所述待测金属铜离子样本溶液的铜离子浓度范围为0.1nM～10uM，所述待测金属铜离子样本溶液的体积为5～500uL。
优选地，所述步骤S3所述检测溶液与金属铜离子的反应时间为5～50min。
本发明技术方案相对现有技术具有以下优点：
本发明技术方案为一种使用三乙醇胺和过氧化氢快速检测金属铜离子的方法，可简单方便且快速肉眼检测亚纳摩尔级的铜离子。本发明技术方案通过使用三乙胺盐作为络合剂(配体)，即可快捷且方便地观察到来自该Cu-胺络合物的极高效的催化，并且催化效率与生物酶(HRP)相当。本发明技术方案基于其高催化效应，可应用于检测铜离子的肉眼观测，并且在没有任何仪器的帮助下，即可方便地实现低至0.1nM的超高灵敏检测。与此同时本发明技术方案的检测方法具有使用的配体成本低、反应效率高以及稳定性极好等优点，能够在传感和废水处理领域中得到广泛应用。
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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中对照组和不同浓度铜离子检测溶液颜色变化图；
图2为本发明实施例2中对照组和不同浓度铜离子检测溶液颜色变化图；
图3为本发明实施例3中对照组和不同浓度铜离子检测溶液颜色变化图；
图4为本发明实施例4中不同金属离子在检测溶液颜色变化图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法。
实施例1
在本发明实施例中，通过将浓度为0.1mol/L的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内并使三乙胺盐溶液的pH调节到4.0，再用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐滴加入1.5mL的离心管中。
取25uL新配的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)溶液和5uL的新配的10mol/L的过氧化氢溶液溶于500uL的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液。
向上述检测溶液中加入不同浓度的待测金属铜离子样品溶液，震荡摇匀后静置5min，通过目视法观察检测溶液颜色变化，对照组(不含铜离子的二次水)和含0.1nmol/L、0.3nmol/L、1.0nmol/L、3.0nmol/L的铜离子样品溶液的颜色变化如图1。图1所示，随着铜离子样品溶液的铜离子浓度不断增大，检测溶液颜色不断加深。
实施例2
在本发明实施例中，通过将浓度为0.1mol/L的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内并使三乙胺盐溶液的pH调节到4.0，再用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐并滴加入1.5mL的离心管中。
取20uL新配的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)溶液和10uL的新配的10mol/L的过氧化氢溶液溶于500uL的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液。
向上述检测溶液中加入0.1fmol/L和0.3fmol/L的待测金属铜离子样品，其中铜离子样品通过将氧化铜纳米粒子用0.1M的硫酸溶解得到，震荡摇匀后静置5min，通过目视法观察检测溶液颜色变化，对照组(不含铜离子的二次水)和含0.1fmol/L，0.3fmol/L的铜离子样品溶液的颜色变化如图2。如图2所示含0.1fmol/L，0.3fmol/L的铜离子样品溶液的检测溶液颜色都相对对照组变深，不过两组之间的颜色变化差异较小。
实施例3
在本发明实施例中，通过将浓度为0.1mol/L的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内并使三乙胺盐溶液的pH调节到5.0，再用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐并滴加入1.5mL的离心管中。
取25uL新配的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)溶液和20uL的新配的10mol/L的过氧化氢溶液溶于500uL的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得所述的检测溶液。
向上述检测溶液中加入不同浓度(3nmol/L、10nmol/L、30mol/L、100nmol/L、300nmol/L、1000nmol/L)的待测金属铜离子样品，震荡摇匀后静置5min，通过目视法观察检测溶液颜色变化，对照组(不含铜离子的二次水)和含不同浓度的铜离子样品溶液的颜色变化如图3。如图3所示，随着铜离子样品溶液的铜离子浓度不断增大，检测溶液的颜色不断加深，并可达到肉眼直接观察效果。
实施例4
在本发明实施例中通过将浓度为0.1mol/L的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内并使三乙胺盐溶液的pH调节到4.0，再用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐并滴加入1.5mL的离心管中。
取50uL新配的10mM的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺(TMB)溶液和20uL新配的10mol/L的过氧化氢溶液溶于500uL的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液。
向上述检测溶液中加入10nM不同浓度的待测金属离子样品，震荡摇匀后静置10min；通过目视法观察检测溶液颜色变化，对照组(不含铜离子的二次水)和不同的样品溶液的颜色变化如图4所示。如图4所示，不用金属离子中，只有铜离子能够使本实施例的检测溶液发生颜色变化，其他溶液并不会发生颜色变化。
综上所述，当铜离子在检测溶液中的浓度大于0.1nM时，检测溶液的颜色可由无色变为淡蓝色，并且铜离子在检测溶液中的浓度大于100nM时，检测溶液的颜色淡蓝色变成深蓝色，并可达到肉眼直接观察效果。因此当铜离子在检测溶液中的浓度在0.1nM～1um范围内，铜离子浓度在650nm波长处的吸光值变化值呈线性关系，通过该线性关系定量即可方便地判断铜离子浓度的具体浓度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种快速检测亚纳摩尔级的金属铜离子的方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1：将一定浓度的盐酸溶液加入至三乙胺盐溶液内调节pH值，调节pH值后将一定量的三乙胺盐酸溶液滴入至离心管内；
步骤S2：提取一定体积的新配的3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液和一定体积的新配的过氧化氢溶液溶于所述离心管内的三乙胺盐酸盐溶液中，均匀混合后制得检测溶液；
步骤S3：向所述检测液加入待测金属铜离子样本溶液，震荡摇匀后静置一段时间；
步骤S4：通过目视法观察检测溶液的颜色变化，并测试检测溶液的紫外可见吸收光谱。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1的盐酸溶液的浓度为0.05～0.2mol/L，所述三乙胺盐的浓度范围为0.001～0.5mol/L，调节酸碱度后，三乙胺盐溶液的pH范围为3.0～7.0；使用移液枪移取500uL的三乙胺盐酸盐滴加入至1.5mL的所述离心管内。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2的所述3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液的体积为10～50uL，所述3，3′，5，5′-四甲基联苯胺溶液的浓度为0.05～50mM；所述过氧化氢体积范围为1～10uL，所述过氧化氢浓度范围为1～20mol/L。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3的所述待测金属铜离子样本溶液的铜离子浓度范围为0.1nM～10uM，所述待测金属铜离子样本溶液的体积为5～500uL。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3所述检测溶液与金属铜离子的反应时间为5～50min。
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