CN110596088A

CN110596088A - 一种快速测定铜离子的方法

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Publication number: CN110596088A
Application number: CN201910897686.1A
Authority: CN
Inventors: 李胎花; 宫磊; 黄磊; 夏钰昕
Original assignee: Nanjing Forestry University
Current assignee: Nanjing Forestry University
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN110596088B

Abstract

本发明公开了一种快速测定铜离子的方法，包括以下步骤：采用分光光度法，将测得的含不同铜离子浓度的体系溶液和空白对照体系溶液的吸光度差值作为纵坐标，铜离子的浓度作为横坐标，绘制标准曲线；将待测样品加到包含复配表面活性剂、聚乙烯亚胺PEI的MES缓冲溶液体系中，充分反应后，通过分光光度法测定吸光度，将测得的吸光度值对应于标准曲线中，得到待测样品的铜离子浓度；复配表面活性剂为Tween 20、SDS，且两种表面活性剂的浓度均不为0。本方法操作简单，用时短，灵敏方便，不需要依赖大型的设备仪器，对检测环境和时间要求不严格。且具有良好的选择性，特异性好，受其他金属离子的干扰小。

Description

一种快速测定铜离子的方法

技术领域

本发明涉及金属离子的检测领域，具体涉及一种快速测定铜离子的方法。

背景技术

铜离子是人体必要元素之一，铜的缺乏可引起贫血、骨骼改变、女性不孕症、冠心病等。然而，过量的铜离子也会引起机体的损伤和生理机能的紊乱，如引起肝脏衰竭、脱发、失明、神经衰弱综合症等症状。世界卫生组织(WHO)和环境保署(EPA)对铜离子的限值分别为2mg/L和1.3mg/L，我国规定生活饮用水铜离子的浓度不得超过1.0mg/L。

传统的检测铜离子的方法有原子发射光谱(AES)，原子吸收光谱法(AAS)，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)及电化学分析法等。虽然这些方法具有高精准度、高灵敏度的特点，但这些技术大多依赖大型设备仪器，在检测环境和时间以及作用成本上当都有较严格的要求。因此，开发一种快速、灵敏、简单、方便的铜离子检测方法对人体健康、环境监测等方面都有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种快速测定铜离子的方法，该方法操作简单，用时短，灵敏方便，不需要依赖大型的设备仪器，对检测环境和时间要求不严格。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种快速测定铜离子的方法，包括以下步骤：

1)采用分光光度法，将测得的含不同铜离子浓度的体系溶液和空白对照体系溶液的吸光度差值作为纵坐标，铜离子的浓度作为横坐标，绘制标准曲线；

2)将待测样品加到包含复配表面活性剂、聚乙烯亚胺PEI的MES缓冲溶液体系中，充分反应后，通过分光光度法测定吸光度，将测得的吸光度值对应于标准曲线中，得到待测样品的铜离子浓度；复配表面活性剂为Tween 20、SDS，且两种表面活性剂的浓度均不为0。

MES缓冲溶液的浓度为20mmol/L，pH为6。

SDS的质量百分比浓度≤0.1％，所述Tween 20的质量百分比浓度≤0.03％。

SDS的质量百分比浓度为0.04％，Tween 20的质量百分比浓度为0.03％。

标准曲线的线性方程为y＝0.0063x+0.4249。

铜离子浓度的检出限为1.86μmol/L。

分光光度法的吸收波长为275nm。

上述方法在检测生物组织和水中铜离子中的应用。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下的优势：

1)基于比色法寻找到合适的复配表面活性剂的浓度和配比，促进PEI-Cu²⁺络合物的稳定性，提高Cu²⁺检测灵敏度，降低Cu²⁺检出限；

2)特异性好，具有良好的选择性，其他金属离子受干扰小，如Mg²⁺，Cd²⁺，Fe²⁺，Al³⁺，使用该方法检测铜离子时，可以排除样品中其他金属离子的干扰，结果更加可靠；

3)操作简单，用时短，灵敏方便，不需要依赖大型的设备仪器，对检测环境和时间要求不严格。

附图说明

图1是不同表面活性剂对PEI-Cu²⁺络合物的影响图；其中，缓冲液为MES(20mmol/L，pH＝6.0)，PEI浓度为0.47mg/mL，Cu²⁺浓度为1mmol/L；各表面活性剂浓度均为0.05％；

图2是不同表面活性剂对PEI-Cu²⁺络合物的影响；图中，a：Tween 20；b：PVP；c：CTAB；d：SDS；e：图中A_i/A₀＝含有和不含表面活性剂的溶液在波长为275nm处的吸光度的比值；其中，PEI浓度为0.094mg/mL，Cu²⁺浓度为0.4mmol/L，各表面活性剂浓度均为0.05％；

图3是不同表面活性剂与SDS组合对PEI-Cu²⁺络合物的影响图；其中，缓冲液为MES(20mmol/L，pH＝6.0)，PEI浓度为0.47mg/mL，Cu²⁺浓度为1mmol/L，SDS、Tween 20、PVP的浓度为0.1％，CTAB的浓度为0.05％；

图4是不同浓度的SDS与Tween 20对PEI/Cu²⁺络合物的影响图；

图5是不同浓度的Tween 20与SDS组合对PEI/Cu²⁺络合物的影响图；

图6是不含表面活性剂的缓冲溶液中，PEI-Cu²⁺络合物的吸光度曲线图；其中，PEI浓度为0.094mg/mL；

图7是含0.04％SDS和0.03％Tween 20的缓冲溶液中，PEI-Cu²⁺络合物的吸光度曲线图；其中，PEI浓度为0.094mg/mL；

图8是含0.04％SDS和0.03％Tween 20的缓冲溶液里铜离子标准曲线(λmax.＝275nm)图；

图9是0.094mg/mLPEI对50μM不同金属离子的特异性选择结果图；

图10是加标实验柱状图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明，但这些实施例并不用来限制本发明。

实施例1

1)聚乙烯亚胺(PEI)本身无色且在紫外可见光分光光度计下没有吸收峰，当加入铜离子(Cu²⁺)时有深蓝色络合物生成，在275nm处有吸收峰产生。

2)缓冲溶液的确定：在MES(20mmol/L，pH＝6.0)，PBS(10mmol/L，pH＝7.4)，Tris-HCl(25mmol/L，pH＝8.0)缓冲溶液中分别加入PEI-Cu²⁺络合物，吸光度在pH＝7.4与pH＝6.0都有提高，但考虑pH＝6.0时氨根最多，最终选用pH＝6.0作为缓冲溶液。

3)表面活性剂的确定：如图1，图2所示，在弱酸性缓冲溶液MES(20mmol/L，pH＝6.0)的环境中，分别加入Tween 20、PVP、CTAB、SDS(最后体系中的浓度分别设置0％、0.01％、0.03％、0.05％质量百分比浓度梯度)，再加入PEI和Cu²⁺形成PEI-Cu²⁺络合物。含有Tween20，PVP，CTAB的表面活性剂其吸光度与原PEI-Cu²⁺络合物的吸光度基本没有改变。而在0.05％的SDS中吸光度提高原来的2倍，但效果不稳定，可产生沉淀。

4)在含有SDS的基础上加入另一种表面活性剂，如图3所示，当加入PVP或CTAB均未阻止沉淀的产生，但加入一定浓度的Tween 20时PEI-Cu²⁺络合物没有产生沉淀，说明Tween20和SDS同时存在时PEI-Cu²⁺络合物的溶解度有一定提升。

实施例2

SDS

上述各浓度为加入到反应体系的终浓度。

其中PEI浓度的设置：由于聚乙烯亚胺PEI中，N比较多，现有技术中提到，铜离子和PEI形成络合物时，Cu²⁺/N＝1∶4(摩尔浓度比例)，所以，铜离子浓度高时需要高浓度的PEI，铜离子浓度低的时候，比如所测的浓度范围0-200μmol/L时，PEI浓度为0.094mg/mL足以满足与铜离子形成络合物要求。

反应体系共0.3mL，改变SDS的质量百分比浓度为0％、0.01％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.08％、0.1％，充分反应后，取样稀释三倍后使用紫外分光光度计在波长200-700nm之间测其吸光度。

当SDS浓度为0、0.01％、0.03％、0.08％、0.1％的样品中均产生蓝色絮状不溶物质，这是由于Tween 20是非离子表面活性剂，SDS是阴离子表面活性剂，两者形成混合胶团时会使溶液的界面张力等性质发生改变。当SDS浓度过高时，由于PEI是阳离子聚合剂，会与SDS产生絮状沉淀。通过检测吸光度，如图4所示，当SDS浓度为0.04％时，溶液不产生沉淀，吸光度峰值提升效果最为明显，且在750-800nm曲线更低，效果最好，溶液稳定、标准偏差最小，为最佳浓度。

实施例3

Tween 20

上述各浓度为加入到反应体系的终浓度。

反应体系共0.3mL，设置Tween 20的质量百分比浓度为0，0.02％，0.03％，充分反应后，取样稀释三倍后使用紫外分光光度计在波长200-700nm之间测其吸光度。结果如图5所示，测吸光度后，三组样品均在280nm左右产生了吸收峰值，这是因为溶液中形成了PEI/Cu²⁺络合物，并且可以在看出加入两种表面活性剂的样品较只有MES缓冲液的样品峰值有明显的提高，其中20mmol/L，pH＝6的MES缓冲液中含0.04％SDS和0.03％Tween 20)峰值提高近一倍。

实施例4

Cu²⁺

对比例

Cu²⁺

上述各浓度为加入到反应体系的终浓度。

改变Cu²⁺浓度，0μmol/L、1μmol/L、10μmol/L、20μmol/L、100μmol/L、200μmol/L，分别测定在不含表面活性剂的缓冲溶液中与含0.04％SDS和0.03％Tween 20的缓冲溶液中铜离子-PEI络合物的吸光度，充分反应后，取样稀释三倍后使用紫外分光光度计在波长200-700nm之间测其吸光度，结果如图6、图7所示，当铜离子浓度达到10μmol/L时，吸光度曲线在280nm左右开始产生峰值，铜浓度越高，峰值越明显，说明溶液中的PEI/Cu²⁺络合物浓度越高。在原缓冲溶液中加入0.04％SDS和0.03％Tween 20后，测吸光度所得到的结果明显比没有加表面活性剂时得到了提高，这表明复配表面活性剂配比对增强铜离子与PEI的络合，降低铜离子的检出限起到了明显的作用。

选择铜离子浓度在0-200μmol/L范围内于20mmol/L MES pH＝6(含0.04％SDS，0.03％Tween 20)缓冲溶液中与0.094mg/mL PEI反应，每一浓度做三组平行样，将测得的含不同铜离子浓度的体系溶液和空白对照体系溶液的吸光度差值作为纵坐标，铜离子的浓度作为横坐标，绘制标准曲线，在波长为275nm处拟合回归曲线并做误差棒，如图8所示，R²＝0.9928，拟合数据在线性好，计算铜离子检出限为1.86μmol/L。

实施例5

金属离子

上述各浓度为加入到反应体系的终浓度。

设置50μmol/L的不同金属离子Cu²⁺、Mg²⁺、Al³⁺、Fe²⁺、Cd²⁺分别于20mmol/L MES pH＝6(含0.04％SDS和0.03％Tween 20)缓冲溶液中与0.094mg/ml PEI反应。反应体系共0.3mL，充分反应后，取样使用紫外分光光度计在波长200-700nm之间测其吸光度，结果如图9所示，PEI对铜离子具有选择性，因此利用PEI基于紫外分光光度法检测铜离子时可以排除样品中其他金属离子的干扰，结果更加可靠。

实施例6

在超纯水、矿泉水、河水、自来水四种介质中配制铜离子浓度50μmol/L，重复三组，分别于20mmol/L MES(pH＝6)buffer(含0.04％SDS和0.03％Tween20)溶液中与0.094mg/mlPEI反应，待充分反应后，取样稀释三倍后使用紫外分光光度计在波长200-700nm之间测其吸光度。结果如表1、图10所示，从回收率结果中可以看出，在自来水、矿泉水、河水中PEI/Cu²⁺络合浓度在120％左右，推测可能是由于加标水样中已含有一定浓度的铜离子。

表1不同介质中加标回收率

加标样品名称	来源	回收率(％)
			河水	南京林业大学紫湖溪上游	124.77％
矿泉水	农夫山泉矿泉水	120.29％
			自来水	南京林业大学自来水	124.11％

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种快速测定铜离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将待测样品加到包含复配表面活性剂、聚乙烯亚胺PEI的MES缓冲溶液体系中，充分反应后，通过分光光度法测定吸光度，将测得的吸光度值对应于标准曲线中，得到待测样品的铜离子浓度；所述复配表面活性剂为Tween 20、SDS，且两种表面活性剂的浓度均不为0。

2.根据权利要求1所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，所述MES缓冲溶液的浓度为20mmol/L，pH为6。

3.根据权利要求1所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，所述SDS的质量百分比浓度≤0.1％，所述Tween 20的质量百分比浓度≤0.03％。

4.根据权利要求3所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，所述SDS的质量百分比浓度为0.04％，所述Tween 20的质量百分比浓度为0.03％。

5.根据权利要求1所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，步骤1)中所述标准曲线的线性方程为y＝0.0063x+0.4249。

6.根据权利要求1所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，所述铜离子浓度的检出限为1.86μmol/L。

7.根据权利要求1所述的快速测定铜离子的方法，其特征在于，所述分光光度法的吸收波长为275nm。

8.权利要求1所述的方法在检测生物组织和水中铜离子中的应用。