CN111157505A - 一种检测溶液中含硫污染物巯基乙酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于铜纳米簇荧光探针定量检测环境中含硫污染物巯基乙酸（TGA）的方法。本发明以谷胱甘肽为保护剂制备高性能的铜纳米簇荧光探针，基于三重态诱导荧光猝灭机制，通过目标物对该探针的荧光猝灭作用，以一种“turn‑off”的检测模式实现了对环境样品中污染物巯基乙酸含量的免标记、高灵敏、特异性检测。

Description

一种检测溶液中含硫污染物巯基乙酸的方法
本专利得到国家自然科学基金面上项目（No.21375095）、天津市自然科学基金青年项目（No.17JCQNJC05800），国家环境保护恶臭污染控制重点实验室开放基金资助项目（No.201903201）和天津师范大学“未来千人计划”项目（WLQR201913) )的资助。
技术领域
本发明属于金属铜纳米簇在荧光传感方面的应用领域，具体涉及一种通过荧光“turn-off”模式利用铜纳米簇作为荧光探针，免标记、高效、特异性检测复杂体系中含硫污染物巯基乙酸（TGA)含量方面的方法。
背景技术
硫醇类化合物(RSH)在硫的生物地球化学循环、细胞氧化还原和解毒阳离子过程以及许多微量金属的化学形态形成过程中起到重要作用。在环境中，硫醇来源于微生物代谢、天然有机物的生物和非生物降解、不饱和有机化合物中硫化物的添加以及人为活动的释放。由于还原性硫醇化合物与软金属阳离子的强结合，所以它控制了生态系统中此类金属的某些重要过程，如溶解度、生物吸收和转化等反应。但是除了对地球的循环起着重要作用的硫醇类化合物外，还存在着许多含巯基的恶臭污染物，比如：巯基乙酸(TGA)，这些污染物如果排放到生态系统中，会对当地的环境造成不好的影响。目前，环境污染问题又是社会的热点问题，所以寻找一种简单，快捷，灵敏的分析方法是很迫切的。但是现在大多数的分析方法，比如：液质联用，色谱等，大多数应用于硫醇类化合物的分离和提纯，很少有方法进行巯基恶臭污染物的检测。所以，本专利建立一种利用荧光分光光度法分析检测恶臭污染物巯基乙酸含量的方法并且在实际应用方面具有重大的意义。本发明以谷胱甘肽为保护剂和还原剂合成铜纳米簇，并通过荧光“turn-off”模式，利用实现了对溶液中含巯基污染物含量进行无标记、高灵敏的检测。
发明内容
本发明的目的在于突破传统复杂的检测方法，建立一种利用荧光分光光度法，方便、快速的选择性检测复杂体系中巯基乙酸含量的方法，本发明提供了一种基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇作为荧光探针，通过荧光“turn-off”模式实现了对巯基乙酸进行免标记、高灵敏、选择性的检测，该方法简单、快捷，检测线性范围宽，检出限低，在本发明中采用铜纳米簇检测TGA，具有较好的检测灵敏度和选择性，在实际应用等方面具有很好的应用前景。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于铜纳米簇荧光探针定量检测溶液中巯基乙酸（TGA）的方法,它以谷胱甘肽为保护剂的铜纳米簇作为荧光探针，通过荧光“off”模式特异性检测溶液中巯基乙酸含量，其特征在于按如下的步骤进行：
(1) TGA母液配置：将TGA配制成浓度为100 μM，低温保存待用；
(2) 分别配置浓度为1，5，50，,10，50，80，100 μM的TGA溶液，低温保存待用；
(3) 将制备好的基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇均匀分散到高纯水中，配制成浓度为0.13 mM，体积为4 mL的检测体系，并利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度，在激发波长350 nm的激发下，该荧光探针在630 nm处表现出较强发射；
(4) 将配制好的铜纳米簇(3.8 mL) 和200 μL不同浓度的TGA置于4 mL 离心管中，待TGA与铜纳米簇溶液充分作用后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭，故铜纳米簇可作为探针灵敏检测溶液中的TGA。
(6) 检测溶液中巯基乙酸含量线性的测定
将配制好的铜纳米簇(3.8 mL) 和200 μL不同浓度的TGA置于4 mL 离心管中充分反应1~15 min，分别用荧光分光光度计检测加入TGA前后的荧光强度；所述的铜纳米簇是指基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇。
本发明进一步公开了用于快速定量选择性检测溶液中含硫污染物巯基乙酸方面的应用，实验结果显示：实验结果表明，在TGA浓度在1-100 μM范围内，铜纳米簇的荧光强度猝灭值与含巯基乙酸的浓度呈现线性关系，线性方程分别为F-F0=2.96872C+104.87691 (R2=0.9920),（DF是加入TGA后的荧光强度与铜纳米簇的荧光强度得差值，C是TGA的浓度），检出限为0.43 μM。
以上涉及到的铜纳米簇溶液均为基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇，具体的合成方法见实施例1。
本发明公开的铜纳米簇作为荧光探针特异性检测溶液中TGA含量方面的应用所具有的积极效果在于：巯基乙酸可以用一种荧光分析法进行检测，并且线性范围较宽，检出限低。另外本方法对巯基乙酸的检测具有很好的选择性和抗干扰能力，并且具有实际应用的可能性。
附图说明
图1 为以谷胱甘肽为保护剂和还原剂的铜纳米簇的透射电镜图(TEM)，说明了合成的铜纳米簇粒径尺寸均一、粒径较小、且分布均匀；
图2为以谷胱甘肽为保护剂和还原剂的铜纳米簇检测溶液中的TGA的可行性分析；
图3为以谷胱甘肽为保护剂的铜纳米簇检测溶液中的巯基乙酸的线性图，线性范围为1-100μM，检出限是0.43 μM；
图4为以谷胱甘肽为保护剂的铜纳米簇检测巯基乙酸的选择性和抗干扰能力；其中图A为铜纳米簇检测巯基乙酸的选择性，图B为铜纳米簇检测巯基乙酸的抗干扰能力。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动也属于本发明的保护范围。所用试剂均为分析纯，所用试剂及生产厂家如下：谷胱甘肽，北京鼎国昌盛生物技术有限公司；抗坏血酸，天津市科密欧化学试剂有限公司；氯化铜(99%)，天津光复精细化工有限公司；氢氧化钠，天津市科威有限公司；硫普罗宁，上海生工生物工程股份有限公司；巯基乙酸(TGA)，生工生物工程（上海）股份有限公司；铜纳米簇的制备方法可参照(Wang, C.; Ling, L.; Yao, Y.; Song, Q. Nano Research 2015,8 (6), 1975-1986)或见实施例1。
实施例1
以谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇的制备室温条件下按照如下步骤进行：
(1) 0.1 M氯化铜溶液的配制：称取1.7048 g CuCl2∙2H2O溶于100 mL高纯水中，充分溶解后备用；
(2) 铜纳米簇的制备：室温条件下，称取谷胱甘肽0.29 g溶于15 mL H2O中，向其中加入400mL CuCl2 (0.1M),充分反应后，加入0.1 g抗坏血酸 (AA)，再加入1.2 mL NaOH(1M)，反应1 h，至白色悬浊液完全溶解变为浅黄色澄清透明溶液，证明铜纳米簇的形成。通过透射电镜图 (TEM)（图1）可以看出铜纳米簇分散均匀，粒径较小。
实施例2
铜纳米簇作为荧光探针特异性检测TGA的方法，其特征在于按照如下步骤进行：
(1) TGA母液配置：将TGA配制浓度为100 μM，低温保存待用；
(2) 分别浓度为1，5，50，,10，50，80，100 μM的TGA溶液，低温保存待用；
(3) 将制备好的基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇均匀分散到高纯水中，配制成浓度为0.13 mM，体积为4 mL的检测体系，并利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度，在激发波长350 nm的激发下，该荧光探针在630 nm处表现出较强发射；
(4) 将配制好的铜纳米簇(3.8 mL) 和200 μL不同浓度的TGA置于4 mL 离心管中，待TGA铜纳米簇溶液充分作用后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭，故铜纳米簇可作为探针灵敏检测溶液中的TGA。
(6) 检测溶液中巯基乙酸的含量线性的测定
将配制好的铜纳米簇(3.8 mL) 和200 μL不同浓度的TGA置于4 mL 离心管中充分反应1~15 min，分别用荧光分光光度计检测TGA加入前后的荧光强度；所述的铜纳米簇是指基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇。实验结果表明，在TGA浓度在1-100 μM范围内，铜纳米簇的荧光强度猝灭值与含巯基乙酸的浓度呈现线性关系，线性方程分别为F-F0=2.96872C+104.87691 (R2=0.9920),（DF是加入TGA后的荧光强度与铜纳米簇的荧光强度得差值，C是TGA的浓度），检出限为0.43 μM。
实施例3
为证明本方法具有良好选择性和抗干扰性能，结果如图4所示，在有其他干扰物质(KCl, NaCl，葡萄糖(Glu)，氨基酸，如精氨酸(Arg)，丝氨酸(Ser)，l -苯丙氨酸(L-Phe)，天冬氨酸(Asp)，色氨酸(Try)，赖氨酸(Lys)，缬氨酸(Val)，抗坏血酸(AA)，蔗糖(Suc))存在的条件下，该方法具有对巯基乙酸良好的选择性和抗干扰性能力。
实施例4
为证明本方法具有实际应用，取了当地的湖水为实际样品，检测湖水中的巯基乙酸。实际操作步骤如下：
(1)在湖水的三个不同位置取三次水样，分别是水样-1，水样-2，水样-3。
(2)带水样沉淀澄澈后，取水样200 μL，加入3.8 mL 准备好的铜纳米簇溶液中，反应15分钟，最后进行反应体系的荧光检测。
结果如下表所示：
Figure 693456DEST_PATH_IMAGE001
通过对实际样品的检测，证明本方法检测巯基乙酸具有实际应用的潜力的，可以应用于实际的生产生活中。

Claims (3)

1.一种基于铜纳米簇荧光探针定量检测溶液中含硫污染物巯基乙酸的方法,它以谷胱甘肽为保护剂的铜纳米簇作为荧光探针，通过荧光“off”模式特异性检测溶液中巯基乙酸含量，其特征在于按如下的步骤进行：
(1)TGA母液配置：将TGA配制成浓度为100μM，低温保存待用；
(2)分别配置浓度为1，5，50，,10，50，80，100μM的TGA溶液，低温保存待用；
(3) 将制备好的基于谷胱甘肽为稳定剂的铜纳米簇均匀分散到高纯水中，配制成浓度为0.13mM，体积为4 mL的检测体系，并利用荧光分光光度计测定此时的荧光强度，在激发波长350 nm的激发下，该荧光探针在630 nm处有较强发射；
(4)将配制好的铜纳米簇3.8 mL和200 μL不同浓度的TGA置于4 mL离心管中，待TGA与铜纳米簇溶液充分作用后测试体系的荧光强度，此时的荧光强度发生明显猝灭。
2.权利要求1所述基于铜纳米簇荧光探针定量检测溶液中巯基乙酸的方法，其检测线性范围宽为1-100 μM，检出限为0.43μM。
3.权利要求1所述方法在用于快速定量选择性检测溶液中含硫污染物巯基乙酸方面的应用。
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