CN112858233A - 一种新型的水体中锌离子的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的水体中锌离子的检测方法，解决了锌离子检测仪器昂贵，操作复杂等问题。羧甲基壳聚糖作为一种不含苯环等芳香共轭结构的非传统荧光聚合物，具有独特结构和内源性发光特性，且不具有聚集荧光猝灭效应，应用前景更加广泛。本发明将羧甲基壳聚糖配成溶液，其显现出微弱的荧光，加入锌离子溶液后，荧光强度显著增强，且随锌离子浓度变化而改变，可以用来检测水体中的锌离子。此外，相较于传统的含苯环的发光聚合物，羧甲基壳聚糖这一类非传统的发光聚合物具有良好的亲水性和生物相容性，也可用于人体内的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种水体中锌离子的检测方法。
背景技术
近年来，重金属元素污染对人类生存环境的威胁已引起广泛的关注，其中锌离子是自然界分布较为广泛的重金属元素。研究表明，水中过量的Zn2+富集往往会对周围的环境导致极大的危害，例如过量的锌会使土壤失去活性，细菌数目减少，土壤中的微生物作用减弱，造成土地营养缺失。因此，快速精确的识别和检测水体中的Zn2+，可以帮助我们研究Zn2+在环境的生化过程中起的作用，能够对化学、生物学和农学等领域具有重要的意义。
有机发光材料由于在生物成像、生物传感器等方面的潜在应用，受到了广泛的关注。常规的发光材料大多具有诸如苯环的共轭结构，并且在单分散溶液状态下具有良好的发光特性，但是发光分子在高浓度溶液或固态下时会发生聚集，发光减弱甚至消失。聚集引起的发光猝灭效应在一定程度上限制有机发光材料的应用。近年来，不含芳香基团的非传统发光聚合物因其独特的结构和自发光特性而被大量报道。羧甲基壳聚糖(CMCh)就属于这类聚合物，它是一种水溶性壳聚糖衍生物，与传统发光材料相比，具有良好的抗菌性和生物相容性，从而在生物传感、生物成像等方面具有良好的应用前景。传统的锌离子检测方法有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法、离子色谱法等，这些方法虽早已成熟并准确可靠，但实际应用中存在着仪器昂贵、操作复杂、维护困难、不方便携带等缺点，难以满足大规模应用以及实时原位检测的需要。荧光检测法因为操作简单、灵敏度高、选择性好等优点而成为研究的热点，并且被广泛应用。
发明内容
本发明解决了锌离子检测仪器昂贵，方法困难等问题，发现了一种新型的水体中锌离子的荧光检测方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
羧甲基壳聚糖作为一种不含苯环等芳香共轭结构的非传统荧光聚合物，具有独特结构和内源性发光特性。本发明应用了羧甲基壳聚糖荧光性质，将其配成溶液后，溶液显现出一定的荧光，再加入锌离子溶液，荧光强度显著增强。
所述羧甲基壳聚糖结构为：
前述的一种水体中锌离子的荧光检测方法，该方法具体步骤为：
(1)羧甲基壳聚糖的制备：将壳聚糖放入圆底烧瓶中，同时放入氢氧化钠溶液在室温膨化1～2h。膨化完成后，在1h内分4～5次向圆底烧瓶中加入一氯乙酸，加入过程中，逐渐升温至40℃，加入完成后，在此条件下持续搅拌反应1～2h。反应完成后，用冰乙酸溶液将烧瓶中混合物的pH值调至7.0。再用70％v/v的甲醇溶液中洗涤，接着用布氏漏斗过滤，收集滤渣。将获得的样品放置于55℃的真空烘箱干燥10～20h，得到干燥的羧甲基壳聚糖。
(2)羧甲基壳聚糖溶液的配制：将0.1～2g上述制备的羧甲基壳聚糖置于烧杯中，加入冰乙酸水溶液。在室温下，持续搅拌1～6h，使得羧甲基壳聚糖完全溶解，停止搅拌。再用适当浓度的氢氧化钠溶液调节CMCh溶液的pH至目标值。最后再加入蒸馏水定容到100mL。将所得溶液用布氏漏斗抽滤，得到浅黄色的、完全澄清透明的羧甲基壳聚糖溶液。
(3)锌离子的检测：将不同浓度的醋酸锌溶液与上述配制的羧甲基壳聚糖溶液以1∶3的比例混合，使用涡旋振荡器振荡均匀，再将样品放置于摇床中反应12～24h。使用荧光分光光度计，对不同条件下的羧甲基壳聚糖与锌离子络合物进行荧光光谱扫描，并记录荧光强度。
所述壳聚糖粘度约为20mPa·s。
所述羧甲基壳聚糖溶液pH为4.5～6.5。
所述荧光发射光谱的激发波长为320～358nm。
所述锌离子浓度范围为0～0.04mol/L。
所述荧光光谱扫描的激发和发射狭缝宽度均设置为5nm，扫描速度为2400nm/min，扫描间隔为0.2nm。
本发明具有如下优点：
(1)相较于传统的含苯环的发光聚合物，羧甲基壳聚糖这一类非传统的发光聚合物具有良好的亲水性和生物相容性，可用于人体内的检测。
(2)本发明中的锌离子荧光检测法具有方法简单，灵敏度高，当所检测水体中不含锌离子时，荧光强度不变：当所检测水体中含有锌离子时，荧光强度增强，且随着锌离子得浓度增高，强度增大。
附图说明
图1为CMCh溶液与不同浓度的ZnAc2反应的荧光发射光谱图。
具体实施方式
以下对本发明实施例做详细说明，给出了详细的实施方案和具体操作过程，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
将5g壳聚糖放入圆底烧瓶中，同时加入100mL，20％w/v氢氧化钠溶液在室温膨化2h。膨化完成后，称取15g一氯乙酸在1h内分4～5次向圆底烧瓶中加入，加入过程中，逐渐升温至40℃，加入完成后，在此条件下持续搅拌反应2h。反应完成后，用10％v/v的冰乙酸溶液将烧瓶中混合物的pH值调至7.0。再用70％v/v的甲醇溶液中洗涤，接着用布氏漏斗过滤，收集滤渣。将获得的样品放置于55℃的真空烘箱干燥10h以上，得到干燥的羧甲基壳聚糖。
称取1g上述制备的羧甲基壳聚糖置于烧杯中，加入49ml水和1ml冰乙酸。在室温下，持续搅拌2h，使得羧甲基壳聚糖完全溶解，停止搅拌。再用适当浓度的氢氧化钠溶液调节溶液的pH至pH＝6.4。最后再加入蒸馏水，使得溶液总体积为100ml，最终配成浓度为1wt％的溶液。将所得溶液用布氏漏斗抽滤，得到浅黄色的、完全澄清透明的羧甲基壳聚糖溶液。
将调好pH的羧甲基壳聚糖溶液置于离心管中，取不同浓度的醋酸锌(ZnAc2)溶液(浓度范围为0.001M～0.04M)以的比例3∶1加入到上述溶液中，使用涡旋振荡器振荡均匀，再将样品放置于摇床中以120r/min反应12h，得到待测液体。
使用荧光分光光度计，对不同条件下的羧甲基壳聚糖与锌离子络合物进行荧光光谱扫描，并记录荧光强度。
实施例2：
将5g壳聚糖放入圆底烧瓶中，同时加入100mL，20％w/v氢氧化钠溶液在室温膨化2h。膨化完成后，称取15g一氯乙酸在1h内分4～5次向圆底烧瓶中加入，加入过程中，逐渐升温至40℃，加入完成后，在此条件下持续搅拌反应2h。反应完成后，用10％v/v的冰乙酸溶液将烧瓶中混合物的pH值调至7.0。再用70％v/v的甲醇溶液中洗涤，接着用布氏漏斗过滤，收集滤渣。将获得的样品放置于55℃的真空烘箱干燥10h以上，得到干燥的羧甲基壳聚糖。
称取0.5g上述制备的羧甲基壳聚糖置于烧杯中，加入49ml水和1ml冰乙酸。在室温下，持续搅拌2h，使得羧甲基壳聚糖完全溶解，停止搅拌。再用适当浓度的氢氧化钠溶液调节溶液的pH至6.4。最后再加入蒸馏水，使得溶液总体积为100ml，最终配成浓度为0.5wt％的溶液。将所得溶液用布氏漏斗抽滤，得到浅黄色的、完全澄清透明的羧甲基壳聚糖溶液。
将调好pH的羧甲基壳聚糖溶液置于离心管中，取不同浓度的醋酸锌(ZnAc2)溶液(浓度范围为0.001M～0.04M)以的比例3∶1加入到上述溶液中，使用涡旋振荡器振荡均匀，再将样品放置于摇床中以120r/min反应12h，最终得到待测液体。
使用荧光分光光度计，对不同条件下的羧甲基壳聚糖与锌离子络合物进行荧光光谱扫描，并记录荧光强度。
Claims (5)
1.一种新型的水体中锌离子的检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)羧甲基壳聚糖溶液的配制：将0.5～2g上述制备的羧甲基壳聚糖置于烧杯中，加入冰乙酸水溶液。在室温下，持续搅拌1～6h，使得壳聚糖完全溶解，停止搅拌。再用适当浓度的氢氧化钠溶液调节CMCh溶液的pH至目标值。最后加入蒸馏水定容。将所得溶液用布氏漏斗抽滤，得到浅黄色的、完全澄清透明的羧甲基壳聚糖溶液。
(2)锌离子的检测：将不同浓度的醋酸锌溶液与上述配制的羧甲基壳聚糖溶液以1∶3的比例混合，使用涡旋振荡器振荡均匀，再将样品放置于摇床中反应12～24h，配成待测液体。使用荧光分光光度计，对不同条件下的羧甲基壳聚糖与锌离子络合物进行荧光光谱扫描，并记录荧光强度。
2.根据权利要求1所述的锌离子检测方法，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖溶液浓度为0.5～2wt％。
3.根据权利要求1所述的锌离子检测方法，其特征在于，所述羧甲基壳聚糖溶液pH为4.5～6.5。
4.根据权利要求1所述的锌离子检测方法，其特征在于，所述荧光发射光谱的激发波长为320～358nm。
5.根据权利要求1所述的锌离子检测方法，其特征在于，所述锌离子浓度范围为0.001～0.04mol/L。
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