CN111562259A - 一种制备铜（ii）离子可视探针的方法及其应用 - Google Patents

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袁丽娟
张大文
王冬根
魏益华
向建军
张金艳
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Abstract

本发明涉及一种制备铜(II)离子可视探针的方法及其应用，属于分析化学领域。本发明公开了一种制备铜(II)离子可视探针的方法，包括如下步骤：1)将8‑氨基喹啉和戊二醛反应，得到反应后的混合体系；2)去除混合体系中的杂质，得到5‑(喹啉‑8‑亚氨基)戊醛粗品；3)将粗品进行萃取和/或清洗，然后去除萃取溶剂和/或清洗液，得到棕黄色油状物；向所述棕黄色油状物中加入蒸馏水，超声分散，析出棕黄色沉淀，离心弃上层清液，保留沉淀；4)将所得沉淀干燥得到铜(II)离子可视探针。本发明提供的铜(II)离子可视探针的制备方法，操作简单，且无需依赖色谱仪等大型昂贵仪器，大大降低了成本。

Description

一种制备铜（II）离子可视探针的方法及其应用
技术领域
本发明属于分析化学领域，具体涉及一种铜(II)离子可视探针的方法及其应用。
背景技术
铜元素是一种自然界的常见元素，广泛分布于水、土壤、动植物中。通常在饲料和肥料中作为营养元素，在工业处理过程中作为添加物质。然而过多的铜离子向环境中排放，很可能引起严重的水、土壤和食物污染问题，通过食物链在人体内蓄积。尽管铜离子作为人体第三大必需微量元素，但是过多的摄入将引起肝脏、肾脏以及中枢神经系统的损害，诱导免疫毒性和贫血，尤其影响儿童发育。因此在中国规定，生活饮水中铜离子含量不得超过1.0mg/L(相当于～15.75μM)。由此，对铜离子进行检测以控制其含量具有十分重要的意义。
目前由许多技术用于铜离子浓度的检测，如高度依赖仪器的原子吸收光谱法、电感耦合等离子体-质谱法、电感耦合等离子体-原子发射光谱法、石英晶体微天平检测技术等。这些技术虽然有一定的灵敏度和特异性，但仪器比较贵重且需要专业人员操作，检测耗费较大，难以实现铜离子的现场检测及普及应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的需要专业人员操作，检测耗费较大，难以实现铜离子的现场检测及普及应用。
本发明保护两个方面的内容：
第一方面：一种制备铜(II)离子可视探针的方法，包括如下步骤：
1)将8-氨基喹啉和戊二醛反应，得到反应后的混合体系；
2)去除混合体系中的杂质，得到5-(喹啉-8-亚氨基)戊醛粗品；
3)将粗品进行萃取和/或清洗，然后去除萃取溶剂和/或清洗液，得到棕黄色油状物；向所述棕黄色油状物中加入蒸馏水，超声分散，析出棕黄色沉淀，离心弃上层清液，保留沉淀；
4)将所得沉淀干燥得到铜(II)离子可视探针。
进一步地，所述超声的条件为:功率100W，室温下超声大于等于30分钟。
进一步地，离心条件为以10000转/分钟的转速，大于等于离心15分钟。
进一步地，所述8-氨基喹啉与所述戊二醛物质的量比为1:(3～6)。
进一步地，在与戊二醛反应前，先将8-氨基喹啉溶解于无水乙醇中，以g/ml计，8-氨基喹啉与无水乙醇的比例为1:92-93。
进一步地，以g/ml计，8-氨基喹啉与无水乙醇的比例为1:92.6。
进一步地，步骤1)的反应条件为室温下搅拌12小时-24小时。
进一步地，步骤2)中所述杂质即为混合体系中的沉淀；去除混合体系中杂质，得到粗品的方法为过滤，弃去沉淀，保留滤液。
进一步地，步骤3)萃取溶剂为二氯甲烷；去除萃取溶剂和清洗液的方法为旋蒸；每次清洗加30mL蒸馏水，共清洗2次；
进一步地，旋蒸为使用Rotavapor R-300型号的旋蒸仪，运行10分钟。
第二方面：一种检测铜(II)离子的方法，将上述方法制备得到的铜(II) 离子可视探针溶解于有机溶剂或者有机溶液后，调pH＝7.0-8.0，加入待测物溶液，得到待测体系。
进一步地，所述有机溶剂为无水乙醇，所述有机溶液为乙醇溶液、甲醇溶液、乙腈溶液和二甲基亚砜溶液中的至少一种。
进一步地，将所得待测体系于2分钟后按照如下A)和/或B)所述方法检测：
A)肉眼观察待测物颜色变化，如果待测体系溶液颜色由黄色转变为棕红色，则待测物溶液中含有铜(II)离子；如果待测体系溶液颜色不变化则待测物溶液中不含有铜(II)离子；
B)测定待测体系在520nm波长处的吸光度；待测体系铜(II)离子浓度在0.1～1000μmol/L范围内，通过公式A520＝0.002C+6.16×10-5计算待测体系中铜(II)离子的浓度；其中A520为待测体系在波长为520nm处吸光度值，C代表待测体系中铜(II)离子的浓度，单位为μmol/L。
进一步地，用肉眼能观察到的最低浓度为0.1μmol/L。
进一步地，铜(II)离子可视探针的工作浓度大于等于1.98mg/mL。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的铜(II)离子可视探针的制备方法，操作简单。
2.本发明提供的铜(II)离子检测方法，操作简单，反应条件温和，无需复杂的标记过程及苛刻的操作环境，反应进行2分钟即可用肉眼观察检测结果，大大降低了检测时间和成本，有望普及应用于铜(II)离子现场检测。
3.本发明提供的铜(II)离子的检测方法，特异性好、灵敏度高，在铜(II)离子的物质的量浓度为0.1μmol/L～2.0mmol/L内，肉眼能明显观察到溶液颜色随着铜(II)离子浓度的增加，逐渐加深。其能用肉眼能观察到的最低浓度为0.1μmol/L，能够满足我国饮用水中铜(II)离子最低限量标准的检测要求。
4.当待测体系中铜(II)离子浓度在0.1～1000μmol/L范围内，吸光度与铜(II)离子浓度符合线性方程A520＝0.002C+6.16×10-5，A520为检测体系中溶液对应的520nm处吸光度值，C代表加入的待测铜(II)离子溶液中铜(II)离子的浓度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1是实施例2中的铜(II)离子浓度分别为0、0.1、0.3、1、2、5、 10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000或10000μmol/L的铜(II) 离子检测体系溶液颜色变化趋势，肉眼观察结果；
图2实施例2中的铜(II)离子浓度分别为0、0.1、0.3、1、2、5、10、 20、50、100、200、500、1000、2000、5000和10000μmol/L的铜(II)离子检测体系，在420-800nm波长范围内吸光度变化趋势；横坐标为波长，纵坐标为吸光度；
图3左图为实施例2中铜(II)离子浓度为0-10000μmol/L的铜(II) 离子检测体系在520nm处波长的吸光度变化曲线；右图为实施例2中铜(II) 离子浓度为0-1000μmol/L的铜(II)离子检测体系在520nm处波长的吸光度变化曲线；左图和右图的横坐标都是铜(II)离子，左图和右图的纵坐标都是吸光度；
图4为实验例3中空白体系、铜(II)离子检测体系、Na+检测体系、 K+检测体系、Ca2+检测体系、Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、Cd2+检测体系和Pb2+检测体系溶液颜色变化，肉眼观察结果；
图5(A)为实验例3中空白体系、Na+检测体系、K+检测体系、Ca2+检测体系、Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、Cd2+检测体系、Pb2+检测体系和铜(II)离子检测体系在400-800nm波长的吸光度变化曲线，(A)图中a→m依次对应空白体系、Na+检测体系、K+检测体系、Ca2+检测体系、Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、 Cd2+检测体系、Pb2+检测体系和铜(II)离子检测体系，横坐标为波长，纵坐标为吸光度；(B)为铜(II)离子检测体系、Na+检测体系、K+检测体系、 Ca2+检测体系、Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、Cd2+检测体系和Pb2+检测体系(A-A0) /A0结果；横坐标为金属离子检测体系，纵坐标为(A-A0)/A0。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
8-氨基喹啉购买自Sigma-Aldrich,货号为578-66-5。
CuSO4-5H2O、戊二醛和二氯甲烷购买自Sigma-Aldrich。
实施例1铜(II)离子可视探针的制备
本实施例提供了一种铜(II)离子可视探针，其制备步骤如下：
(1)首先称取0.864g 8-氨基喹啉溶解于80mL无水乙醇中，然后加入10mL 25％(质量分数)的戊二醛，室温下搅拌12小时-24小时，直至沉淀出现并不再增加，得到反应后的混合溶液。
(2)将步骤(1)中混合溶液进行过滤，弃去沉淀，保留滤液，转移至分液漏斗，加入二氯甲烷30mL进行萃取，再加入蒸馏水清洗，每次清洗加30mL蒸馏水，共清洗2次，每次萃取清洗后保留上层溶液。
(3)将步骤(2)中的上层溶液进行旋蒸(使用Rotavapor R-300型号的旋蒸仪，运行10分钟)，得到棕黄色油状物。在棕黄色油状物中加入二次蒸馏水，每次加50mL，超声分散(超声的条件为功率100W，室温超声 30分钟)，析出棕黄色沉淀，10000转/min离心15min，弃去上层清液，将棕黄色沉淀在60-70℃烘箱中干燥过夜备用。
实施例2铜(II)离子可视探针检测铜(II)离子的灵敏度
本实施例提供了一种基于实施例1的铜(II)离子可视探针的检测方法，操作步骤为：
(1)将实施例1中的干燥后的铜(II)离子可视探针溶解在无水乙醇中，用0.1mol/L的NaOH溶液调节pH＝7.0～8.0，配制成浓度为2.0mg/mL 的铜(II)离子可视探针溶液。
(2)取体积为990μL，浓度为2.0mg/mL铜(II)离子可视探针溶液，将该溶液与体积为10μL，浓度分别为0、10μmol/L、30μmol/L、100μmol/L、 200μmol/L、500μmol/L、1000μmol/L、2000μmol/L、5000μmol/L、10mmol/L、 20mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、200mmol/L、500mmol/L或1000 mmol/L的待测铜(II)离子溶液室温下混匀，得到铜(II)离子检测体系。对上述检测体系进行以下试验：2分钟后开始观察铜(II)离子检测体系溶液颜色变化，并用紫外吸收光谱仪测定各个待测溶液的吸光度。肉眼观察结果见图1；用紫外吸收光谱仪对上述检测体系在350-800nm范围内的吸光度进行测定。最终浓度分别为0、0.1、0.3、1、2、5、10、20、50、100、 200、500、1000、2000、5000或10000μmol/L的铜(II)离子检测体系，在420-800nm波长范围内吸收光谱见图2。波长为520nm处的吸光度吸光度随铜(II)离子浓度的变化趋势如图3所示；左图为铜(II)离子浓度为 0-10000μmol/L的检测体系吸收光谱曲线；右图为铜(II)离子浓度为 0-1000μmol/L检测体系吸光度变化曲线。
由图1可以看出，铜(II)离子浓度为0～2000μmol/L范围内，检测体系的颜色由黄色逐渐变为深棕红色，铜(II)离子浓度为2000μmol/L时，颜色最深，在铜(II)离子浓度大于2000μmol/L后，其颜色明显变为浅棕红色。主要原因是当铜(II)离子浓度大于2000μmol/L时，产生沉淀较多，从而沉入离心管底部，导致颜色变浅。同时从图1中也能明显观察到，采用肉眼能够辨别的最低铜(II)离子浓度为0.1μmol/L。由图2可以看出，各个铜(II)离子检测体系在520nm处出现了明显的吸收峰。由图3左图可以看出，铜(II)离子检测体系在520nm处的紫外吸收强度变化与图1 中相应颜色变化趋势一致。铜(II)离子检测体系中铜(II)离子浓度在0～2000 μmol/L范围内，体系在520nm处的吸光度逐渐增强；2000μmol/L时达到最高值；在大于2000μmol/L后，其吸光度明显降低。由图3右图可以看出，在0.1～1000μmol/L范围内，体系的吸光度与检测体系中铜(II)离子浓度符合线性方程A520＝0.002C+6.16×10-5(A520为检测体系在波长为520nm处吸光度值，C代表检测体系中铜(II)离子的浓度，单位为μmol/L)。
实施例3铜(II)离子可视探针的特异性
1.将实施例1中的干燥后的铜(II)离子可视探针溶解在乙醇中，用0.1 mol/L的NaOH溶液调节pH＝7.0～8.0，并配制成浓度为2.0mg/mL铜(II) 离子可视探针溶液。取体积为990μL浓度为2.0mg/mL铜(II)离子可视探针溶液，将该溶液与体积为10μL，浓度为20mmol/L的铜(II)离子溶液混匀，得到铜(II)离子检测体系。将铜(II)离子检测体系中的体积为 10uL浓度为20mmol/L的铜(II)离子溶液替换为10uL蒸馏水，作为空白对照(Blank)。
2.将步骤1中的铜(II)离子检测体系中的体积为10uL浓度为20mmol/L 的铜(II)离子溶液替换为体积为10uL浓度为100mmol/L的其它金属离子溶液。其他金属离子分别为：Na+、K+、Ca2+、Mn2+、Zn2+、Fe3+、Fe2+、 Hg2+、Ba2+、Cd2+或Pb2+。得到Na+检测体系、K+检测体系、Ca2+检测体系、 Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、Cd2+检测体系或Pb2+检测体系。
2分钟后开始观察各个检测体系溶液颜色变化，并用分光光度计测定各个检测体系的在400-800nm范围内的吸收光谱；分别测量上述各个检测体系和空白对照的520nm波长处的吸光度，含有金属离子的检测体系的吸光度为A，空白对照的吸光度A0，计算出(A-A0)/A0。
肉眼观察上述各个检测体系溶液颜色变化如图4所示。各个检测体系在400-800nm波长的吸收光谱曲线如图5(A)所示，各个检测体系的(A-A0) /A0的结果如图5(B)所示。
从图4可以看出，只有铜(II)离子存在下，能够引起检测体系溶液颜色发生明显变化，由黄色转变为棕红色，而上述其它重金属离子代替铜(II) 后，其体系溶液颜色均无明显变化。类似的现象再次被各个检测体系的 520nm波长的吸光度测量结果所证实，如图5所示，明显观察到在520nm 处铜(II)离子检测体系有较强的吸光度(图5A)，而有其它重金属检测体系下，(A-A0)/A0并没有明显变化(图5B)。可见，本发明所述铜(II)离子可视探针对含铜(II)离子体系检测具有高选择性。图5中(A)图中a →m(指的是a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l和m)依次对应空白体系、Na+检测体系、K+检测体系、Ca2+检测体系、Mn2+检测体系、Zn2+检测体系、Fe3+检测体系、Fe2+检测体系、Hg2+检测体系、Ba2+检测体系、Cd2+检测体系、Pb2+检测体系和铜(II)离子检测体系可以看出铜(II)离子检测体系吸光度与其它金属离子检测体系的吸光度曲线明显不同；除铜(II) 离子之外的其它金属离子检测体系，在400-800nm波长的吸收光谱曲线几乎相同，即各个曲线重合。
对比例，本对比例提供了一种基于实施例1的铜(II)离子可视探针的检测方法，操作步骤为：
(1)将实施例1中的干燥后的铜(II)离子可视探针溶解在PBS缓冲液(pH为7.4)中，配制成浓度为2.0mg/mL的铜(II)离子可视探针溶液，
(2)取体积为990μL浓度为2.0mg/mL铜(II)离子可视探针溶液，将该溶液与体积为10μL，浓度分别为0、10μmol/L、30μmol/L、100μmol/L、 200μmol/L、500μmol/L、1000μmol/L、2000μmol/L、5000μmol/L、10mmol/L、 20mmol/L、50mmol/L、100mmol/L的待测铜(II)离子溶液室温下混匀，得到铜(II)离子检测体系，5小时后才观察到检测体系溶液颜色变化。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将8-氨基喹啉和戊二醛反应，得到反应后的混合体系；
2)去除混合体系中的杂质，得到5-(喹啉-8-亚氨基)戊醛粗品；
3)将粗品进行萃取和/或清洗，然后去除萃取溶剂和/或清洗液，得到棕黄色油状物；向所述棕黄色油状物中加入蒸馏水，超声分散，析出棕黄色沉淀，离心弃上层清液，保留沉淀；
4)将所得沉淀干燥得到铜(II)离子可视探针。
2.根据权利要求1所述的制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，所述超声的条件为:功率100W，室温下超声大于等于30分钟。
3.根据权利要求1或2所述的制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，离心条件为以10000转/分钟的转速，大于等于15分钟。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，
所述8-氨基喹啉与所述戊二醛物质的量比为1:(3～6)。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，在与戊二醛反应前，先将8-氨基喹啉溶解于无水乙醇中，以g/ml计，8-氨基喹啉与无水乙醇的比例为1:92-93。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的制备铜(II)离子可视探针的方法，其特征在于，步骤1)的反应条件为室温下搅拌12小时-24小时。
7.一种检测铜(II)离子的方法，其特征在于，将权利要求1-6任意一项所述的方法制备得到的铜(II)离子可视探针溶解于有机溶剂或者有机溶液后，调pH＝7.0-8.0，加入待测物溶液，得到待测体系。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂为无水乙醇，所述有机溶液为乙醇溶液、甲醇溶液、乙腈溶液和二甲基亚砜溶液中的至少一种。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，将所得待测体系于2分钟后按照如下A)和/或B)所述方法检测：
A)肉眼观察待测物颜色变化，如果待测体系溶液颜色由黄色转变为棕红色，则待测物溶液中含有铜(II)离子；如果待测体系溶液颜色不变化则待测物溶液中不含有铜(II)离子；
B)测定待测体系在520nm波长处的吸光度；待测体系铜(II)离子浓度在0.1～1000μmol/L范围内，通过公式A520＝0.002C+6.16×10-5计算待测体系中铜(II)离子的浓度；其中A520为待测体系在波长为520nm处吸光度值，C代表待测体系中铜(II)离子的浓度，单位为μmol/L。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的方法，其特征在于，铜(II)离子可视探针的工作浓度为大于等于1.98mg/mL。
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