CN110823851A - 一种基于稀土/核苷酸超分子组装体的汞离子检测方法 - Google Patents

一种基于稀土/核苷酸超分子组装体的汞离子检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于稀土/核苷酸超分子组装体的汞离子检测方法，属于分析化学领域。本发明的检测方法快速、灵敏、准确，检测在10分钟内即可完成，对汞离子响应迅速，选择性好，检测限可达2.6nM，在0～0.6μM具有良好的线性关系，并可实现肉眼可视化检测0.2μM的Hg2+。所述的超分子配合物荧光信号稳定、无光漂白，通过溶液反应法一步即可得到，制备工艺简单、容易操作、成本低且重复性好。本发明实现了稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物在检测汞离子中的应用，可通过结合现场检测荧光小型设备，实现现场Hg2+离子的快速检测以应对突发情况，为突发污染情况提供数据，具有良好的应用前景。

Description

一种基于稀土/核苷酸超分子组装体的汞离子检测方法
技术领域
本发明属于分析化学领域，涉及一种基于稀土/核苷酸超分子组装体的汞离子检测方法，特别涉及一种基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法。
背景技术
随着工业的快速发展与人口数量的急剧增加，人类面临着环境污染的巨大挑战。重金属汞离子由于毒性大、生物累积性、难以降解等特点对人体健康有着重大的威胁。
国家目前严格规定地表水及饮用水中汞含量分别不得超过1ppb及50ppt。传统的汞检测手段包括电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子发射光谱法(AES)、原子吸收光谱法(AAS)等。这些方法特异性强、灵敏度高。然而它们的共同缺点是仪器庞大且价格昂贵，不适用于汞离子污染现场的实时快速检测。因此迫切需要发展低成本且小型化的检测体系以实现汞的即时检测。
稀土离子掺杂的荧光材料具有荧光波长可调节、荧光稳定、无光漂白等优点。基于稀土离子/核苷酸的超分子荧光材料制备方法简单快捷，成本低廉。因此发展以稀土离子/核苷酸的超分子荧光材料检测探针将有效地降低重金属离子检测成本。目前报道的稀土离子/核苷酸的超分子荧光材料用于重金属汞离子的检测探针主要基于多种稀土离子与核苷酸的同时配位作用。而成本更低的单种稀土离子与核苷酸的超分子荧光材料用于重金属汞离子的检测仍未见报道。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物在检测汞离子中的应用。
本发明的又一目的在于提供一种基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物在检测汞离子中的应用。
所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物优选通过如下方法制得：将可溶性铽盐溶于缓冲液中，再加入鸟嘌呤单核苷酸进行反应，固液分离后取沉淀，即得所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物。
所述的可溶性铽盐优选为硝酸铽或三氯化铽中的至少一种。
所述的缓冲液优选为HEPES缓冲液。
所述的反应的时间可根据需要进行调整，优选为30min；所述的反应可在室温下反应；优选为25℃。
所述的固液分离的优选为离心。
所述的方法还可以包括将所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于水中后固液分离，取沉淀，干燥，得到进一步纯化后的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物。
所述的分散于水中后固液分离优选重复至少两次。
所述的固液分离的方式优选为离心。
所述的干燥优选为真空干燥。
所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物作为荧光探针。
一种基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法，包括如下步骤：
(1)配制梯度浓度的Hg2+标准工作溶液，以不含Hg2+的溶液作为空白对照，加入所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物孵育后，在285nm处测定荧光强度，标准工作溶液的荧光强度与空白对照的荧光强度之比值为荧光强度比例，以荧光强度比例和Hg2+浓度建立标准工作曲线；
(2)在相同条件下测定待测样品溶液的荧光强度，计算得到荧光强度比例，通过所述的标准工作曲线计算得到待测样品溶液中的Hg2+含量。
步骤(1)中所述的孵育的时间优选为至少10min。
步骤(1)中所述的标准工作溶液浓度范围优选为0～0.6μM。
步骤(1)中所述的标准工作曲线包括至少5个梯度浓度。
步骤(1)中所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物优选先溶于HEPES缓冲液配制得到溶液再加入。
本发明提出了利用荧光稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物用于简便检测汞离子。首先，稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸超分子配合物可通过室温下混合稀土铽离子及鸟嘌呤单核苷酸，室温下短时间反应(如30min)即可制备得到。其次，所制备的铽离子/鸟嘌呤单核苷酸超分子配合物对汞离子有着灵敏且选择性地响应。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明通过溶液反应法一步制备稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合，制备工艺简单、容易操作、成本低且重复性好。
(2)荧光稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物具有荧光信号稳定、无光漂白的优点。
(3)本发明的检测方法快速、灵敏、准确，检测在10分钟内即可完成，对汞离子的选择性好，检测限可达2.6nM，在0～0.6μM范围具有良好的线性关系，并可实现肉眼可视化检测0.2μM左右浓度的Hg2+，通过结合现场检测荧光小型设备，此技术可实现现场Hg2+离子的快速检测以应对突发情况。
附图说明
图1为实施例1制得的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的扫描电镜及透射电镜图；其中，A)为扫描电镜结果，B)为透射电镜结果。
图2为实施例1得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物激发及发射光谱图。
图3为实施例1得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物荧光稳定性结果分析图。
图4为实施例2中各重金属离子对稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物荧光淬灭性质的结果分析图。
图5为实施例3中汞离子对稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物荧光淬灭随时间变化的结果分析图。
图6为实施例4中汞离子对稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物荧光淬灭随其浓度变化的结果分析图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
以下实施例所述的室温为25℃。
实施例1
本实施例对稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸超分子材料进行制备及性能表征。
(1)将鸟嘌呤单核苷酸及Tb(NO3)3溶于HEPES缓冲液(0.1M,pH 7.4)及PBS缓冲液(0.1M，pH 7.4)中制备反应储备液(10mM)。在Tb(NO3)3溶于PBS缓冲液时得到浅白色浑浊溶液，推测Tb3+与磷酸根进行了反应，因此后续反应均选择HEPES缓冲液。
(2)在搅拌情况下，向1mL鸟嘌呤单核苷酸储备液中加入1mL TbCl3溶液(10mM)，室温下反应30min。通过离心(10000rpm，5min)收集沉淀。将沉淀再分散于去离子水，离心(10000rpm，5min)。重复此过程两次，所得的白色沉淀在真空下进行干燥，得到纯化的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物。
(3)将稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物(10mg)分散于去离子水(2mL)，超声分散(30W，1min)，得到待测溶液(5mg/mL)。
SEM表征分析：取所述的待测溶液(2μL)滴在硅片上，室温干燥，喷金(喷金的厚度约为10nm)，在SEM(Hitachi S-4800FE-SEM)下进行观察，所得到的结果见图1A，得到超分子网状纳米结构。
TEM表征分析：为进行TEM(FEI TECNAI G2 20)观察，取一滴将所述的待测溶液(5μL)滴在铜网上，孵育30s后用滤纸轻轻吸去液滴，真空干燥。所得的TEM图像见图1B。
(4)将稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物(10mg)分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)，取200μL溶液于石英比色皿。通过JASCO FP6500分光光度计对其激发光谱(Em：545nm)及发射光谱(Ex：285nm)进行测定，所得谱图见图2，结果表明所制备的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸配合物具有明亮的荧光。
(5)将步骤(4)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物溶液在285nm下进行持续的光照，每隔2min通过JASCO FP6500分光光度计测量并记录一次荧光强度。取荧光强度比例(荧光强度/初始荧光强度)对照射时间作图，所得结果见图3。在持续照射1h情况下，稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子材料荧光强度没有变化，表明此材料具有良好的光学稳定性。
实施例2
本实施例对Hg2+的检测的选择性进行测定。
将实施例1步骤(2)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)中，配制得到稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物浓度为10mg/mL的溶液，取平行样14组(100μL)，取1组作为对照组，向剩余组分别加入Hg2 +,Ag+,Al3+,Ca2+,Cd2+,Co2+,Cu2+,Fe2+,Mg2+,Mn2+,Ni2+,Pb2+,Zn2+。通过加入HEPES缓冲液保持金属离子浓度为1μM，超分子配合物浓度为5mg/mL，溶液总体积为200μL。加入金属离子后间隔10min，通过JASCO FP6500分光光度计测量其荧光强度变化(Ex：285nm)。取荧光强度比例(加入金属离子后的荧光强度/空白组荧光强度)对离子种类作图，所得结果见图4。通过荧光强度比例变化可知，仅有Hg2+对稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物有较强的淬灭作用。
实施例3
本实施例对Hg2+的检测响应时间进行分析。
将实施例1步骤(2)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)中，配制得到稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物浓度为10mg/mL的溶液；取100μL所述溶液，加入Hg2+及HEPES缓冲液，保证最终超分子配合物浓度为5mg/mL，Hg2+为1μM溶液总体积为200μL，通过JASCO FP6500分光光度计测量其荧光强度随时间变化；以未加入Hg2+的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物溶液作为空白组(NPs)。取荧光强度比例(荧光强度/空白组荧光强度)对时间作图。所得结果见图5，在10min左右稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物荧光变得稳定，表明使用稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物作为Hg2+检测探针在10min内就能实现测定。
实施例4
本实施例对Hg2+的检测限进行测量。
(1)将实施例1步骤(2)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)中，配制得到稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物浓度为10mg/mL的溶液；取100μL所述溶液，加Hg2+及HEPES缓冲液，保证最终制备的一系列溶液中超分子配合物浓度为5mg/mL，Hg2+分别为0～16μM，溶液总体积为200μL，孵育10min。记录加入不同浓度的Hg2+之后超分子的荧光图谱(图6A)，自上而下依次对应Hg2+的浓度为0μM，0.06μM，0.1μM，0.2μM，0.3μM，0.4μM，0.6μM，1μM，2μM，16μM的结果；并取荧光强度比例(荧光强度/空白组荧光强度)对时间作图(图6B)。
(2)取Hg2+(0～0.6μM)的荧光强度比例(荧光强度/空白组荧光强度)对时间作图，结果如图6B所示。得到此范围内Hg2+浓度与荧光强度比例值具有良好的线性关系。根据：
LOD(检测限)＝3δ/S，
δ：标准偏差S：斜率
可得到此检测技术检测限为2.6nM，低于国家规定的饮用水中Hg2+的浓度。
(3)将实施例1步骤(2)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)中，配制得到稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物浓度为10mg/mL的溶液；在100μL所述溶液加入Hg2+，配制得到一系列Hg2+不同终浓度(0～16μM)的溶液，孵育10min。将盛有溶液的EP管置于平板紫外灯，在紫外激发的情况下拍照，结果图片见图6C。通过图片可知，此检测技术可实现肉眼可视化检测0.2μM左右浓度的Hg2+。
实施例5
本实施例对自来水中的Hg2+含量进行测量。
取广州市水龙头水为样品，测量其中Hg2+的含量，并进行加标回收率的测定。按照实施例4(1)，以自来水或加标自来水代标准液，对溶液中Hg2+进行测定。
将实施例1步骤(2)得到的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于HEPES缓冲液(0.1M，pH 7.4，2mL)中，配制得到稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物浓度为10mg/mL的溶液。
取100μL所述的超分子配合物溶液，加入10μL自来水，通过HEPES稀释溶液体积至200μL，结果表明自来水中Hg2+低于此技术的检测限。
为继续探究检测可行性，向自来水中加入Hg2+使其终浓度为0.6μM。将加Hg2+自来水取10μL加入所述的超分子配合物溶液(100μL，10mg/mL)，通过HEPES定容至200μL。该检测方法检出水样中Hg2+浓度为30.33nM，具有良好的准确度，回收率为101，相对标准偏差为1％，说明该方法可以用于水溶液样品中Hg2+的灵敏检测，准确性高(表1)。
表1
Figure BDA0002269629980000071
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物在检测汞离子中的应用。
2.一种基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制梯度浓度的Hg2+标准工作溶液，以不含Hg2+的溶液作为空白对照，加入所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物孵育后，在285nm处测定荧光强度，标准工作溶液的荧光强度与空白对照的荧光强度之比值为荧光强度比例，以荧光强度比例和Hg2+浓度建立标准工作曲线；
(2)在相同条件下测定待测样品溶液的荧光强度，计算得到荧光强度比例，通过所述的标准工作曲线计算得到待测样品溶液中的Hg2+含量。
3.根据权利要求2所述的基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的孵育的时间为至少10min。
4.根据权利要求2所述的基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的标准工作溶液浓度范围为0～0.6μM。
5.根据权利要求2所述的基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的标准工作曲线包括至少5个梯度浓度；
步骤(1)中所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物先溶于HEPES缓冲液配制得到溶液后再加入。
6.权利要求1所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物在检测汞离子中的应用或权利要求2～5任一项所述的基于稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物检测汞离子的方法中的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将可溶性铽盐溶于缓冲液中，再加入鸟嘌呤单核苷酸进行反应，固液分离后取沉淀，即得所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物。
7.根据权利要求6所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的制备方法，其特征在于：
所述的缓冲液为HEPES缓冲液；
所述的可溶性铽盐为硝酸铽或三氯化铽中的至少一种。
8.根据权利要求6或7所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的制备方法，其特征在于：
所述的方法还包括将所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物分散于水中后固液分离，取沉淀，干燥，得到进一步纯化后的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物。
9.根据权利要求8所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的制备方法，其特征在于：
所述的分散于水中后固液分离重复至少两次；
所述的固液分离的方式为离心；
所述的干燥为真空干燥。
10.根据权利要求6所述的稀土铽离子/鸟嘌呤单核苷酸的超分子配合物的制备方法，其特征在于：
所述的反应的时间为30min；
所述的反应在室温下反应；
所述的固液分离的为离心。
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CN110823851B (zh) 2022-09-30

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