CN113252758B - 非标记电化学检测铅离子的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供的非标记电化学检测铅离子的方法，包括如下步骤：S1、制备2D‑MOFs粉末；S2、制备单链富G碱基DNA溶液；S3、将步骤S1中制备的2D‑MOFs粉末溶解于质量分数为0.2‑0.7％的乙醇溶液中，得到2D‑MOFs溶液；S4、采用步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液与步骤S3中制备的2D‑MOFs溶液修饰的玻碳电极为铅离子传感器的工作电极，采用含KCl的K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液作为电化学检测的支持电解质，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗，并以lg[Pb2+]标准溶液的浓度为横坐标，不同铅离子浓度的电化学阻抗值为纵坐标，拟合标准曲线；S5、根据所述标准曲线检测待测溶液中的铅离子浓度。本公开实施例中的非标记电化学检测铅离子的方法具有简单，快速，非标记等优点。

Description

非标记电化学检测铅离子的方法
技术领域
本公开涉及铅离子检测的技术领域，具体涉及一种非标记电化学检测铅离子的方法。
背景技术
重金属对环境的污染引起人们极大的关注，因为它严重影响人类健康。特别是Pb2 +，对人类健康和环境造成严重的威胁。铅具有不可降解性，并且能在环境中长期存在。铅作用于人体后能产生神经毒素，会造成心脏、肾脏慢性炎症，抑制大脑发育，降低运动功能和神经传导速度。美国环境保护署规定饮用水含铅量不得超过15μg/L(72nM)。因此，建立准确有效的铅检测方法具有重要的应用价值和实际意义。
目前铅离子检测方法主要有：电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子荧光光谱法(AFS)、原子吸收光谱法(AAS)和反相高效液相色谱法等。尽管这些方法灵敏、准确，但是或多或少存在一些缺点，例如，费时、仪器昂贵或需要高级设备等等。因此，亟需建立一种简便、经济、高灵敏和高选择性的铅检测方法。现在已发展了大量检测铅的传感器。其中比色法能够做到简单、快速检测生理和环境中的金属离子。Lu研究小组报道了一系列基于功能化DNAzyme比色法检测Pb2+，其检测限在3nM～1μM之间。Dong研究小组报道了基于DNAzyme比色法检测Pb2+，其检测限为32nM。
自从Novoselov等人在2004年从石墨中剥离石墨烯以来，二维(2D)纳米材料，如二维超薄层状纳米材料，已经得到了广泛的研究。最近，金属有机框架(MOFs)，特别是2D-MOFs纳米片也引起了人们的关注。这些2D-MOFs纳米片结合了MOFs和2D纳米结构的优点，显示出独特的特性，适用于催化、传感器、超级电容器和仿生酶。迄今为止，由于它们的超级电容器性能和仿生酶行为，它们已被用于电极和催化材料。近年来，2D-MOFs纳米片在生物传感器和医学成像方面得到了广泛的应用。
发明内容
本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种非标记电化学检测铅离子的方法。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种非标记电化学检测铅离子的方法，包括如下步骤：
S1、制备2D-MOFs粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到2D-MOFs溶液；
S4、采用步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液与步骤S3中制备的2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极为铅离子传感器的工作电极，采用含KCl的K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液作为电化学检测的支持电解质，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗，并以lg[Pb2+]标准溶液的浓度为横坐标，不同铅离子浓度的电化学阻抗值为纵坐标，拟合标准曲线；
S5、根据所述标准曲线检测待测溶液中的铅离子浓度。
在一个实施例中，在步骤S1中，所述2D-MOFs粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到2D-MOFs粉末。
在一个实施例中，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
在一个实施例中，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
在一个实施例中，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的2D-MOFs溶液。
在一个实施例中，在步骤S4中，
先将抛光后的玻碳电极依次用浓度为0.2-0.7mol/L的稀HNO3、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗后，自然晾干；然后在晾干后的玻碳电极上滴入3.0-9.0μL，浓度为0.05-1.5mg/mL的2D-MOFs溶液，在室温下，自然晾干；再滴入6-14μL，浓度为0.2-0.8×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液于该玻碳电极上，并置于温度为2-6℃设备中孵育8-16h；最后用超纯水冲洗干净，形成单链富G碱基DNA溶液与2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极。
在一个实施例中，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
在一个实施例中，在步骤S4中，
K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液的浓度为3-7mol/L，KCl的浓度为0.05-1.5mol/L。
在一个实施例中，在步骤S4中，
采用Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗。
本公开的实施包括以下技术效果：
本公开实施例中的非标记电化学检测铅离子的方法具有简单，快速，非标记等优点。
附图说明
图1为本公开实施例的检测原理图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
与其他光谱和光学技术相比，电化学技术具有响应快、灵敏度高、成本低、实时监测等优点。此外，纳米材料已被应用于有效的电化学化学品，以生产电化学生物传感器。因此，本公开实施例提供了基于2D-MOFs纳米片采用电化学阻抗技术检测铅离子的方法。
具体地，如图1所示，本公开实施例将单链富G碱基DNA溶液组装到2D-MOFs上后，单链富G碱基DNA溶液主要以一种展开和灵活的状态存在于TCP纳米片上，从而使得电化学阻抗值增加。当加入铅离子后，铅离子诱导单链富G碱基DNA形成G-四链体结构。从2D-MOFs纳米片脱落下来，从而使得电化学阻抗减小。因此，本公开实施例基于加入铅离子前后，电化学阻抗的改变，检测铅离子。该方法具有简单，快速等优点。
本公开实施例提供的一种非标记电化学检测铅离子的方法，包括如下步骤：
S1、制备2D-MOFs粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到2D-MOFs溶液；
S4、采用步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液与步骤S3中制备的2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极为铅离子传感器的工作电极，采用含KCl的K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液作为电化学检测的支持电解质，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗，并以lg[Pb2+]标准溶液的浓度为横坐标，不同铅离子浓度的电化学阻抗值为纵坐标，拟合标准曲线；
S5、根据所述标准曲线检测待测溶液中的铅离子浓度。
在一个实施例中，在步骤S1中，所述2D-MOFs粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到2D-MOFs粉末。
在一个实施例中，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
在一个实施例中，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
在一个实施例中，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的2D-MOFs溶液。
在一个实施例中，在步骤S4中，
先将抛光后的玻碳电极依次用浓度为0.2-0.7mol/L的稀HNO3、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗后，自然晾干；然后在晾干后的玻碳电极上滴入3.0-9.0μL，浓度为0.05-1.5mg/mL的2D-MOFs溶液，在室温下，自然晾干；再滴入6-14μL，浓度为0.2-0.8×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液于该玻碳电极上，并置于温度为2-6℃设备中孵育8-16h；最后用超纯水冲洗干净，形成单链富G碱基DNA溶液与2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极。
在一个实施例中，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
在一个实施例中，在步骤S4中，
K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液的浓度为3-7mol/L，KCl的浓度为0.05-1.5mol/L。
在一个实施例中，在步骤S4中，
采用Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗。
下面将以具体的实施例对本公开的采用电化学检测亚硝酸盐的方法进行具体的说明。
S1、制备2D-MOFs粉末，其包括：
S11、取5mg的Cu(NO3)2·3H2O和20mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于12mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入12mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理10min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为80℃的真空设备中反应3h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为60℃的真空管设备中烘干3h，得到2D-MOFs粉末。
S2、制备单链富G碱基DNA溶液，其包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.10mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为2×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
S3、将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为2mg/mL的2D-MOFs溶液；
S4、先将抛光后的玻碳电极依次用浓度为0.2-0.7mol/L的稀HNO3、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗后，自然晾干；然后在晾干后的玻碳电极上滴入6μL，浓度为0.1mg/mL的2D-MOFs溶液，在室温下，自然晾干；再滴入10μL，浓度为0.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液于该玻碳电极上，并置于温度为4℃设备中孵育12h；最后用超纯水冲洗干净，形成单链富G碱基DNA溶液与2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极。
采用Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液与步骤S3中制备的2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极为铅离子传感器的工作电极，并采用含KCl K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]作为电化学检测的支持电解质，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗，并以lg[Pb2+]标准溶液的浓度为横坐标，不同铅离子浓度的电化学阻抗值为纵坐标，拟合标准曲线其中，K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液的浓度为5mol/L，KCl的浓度为0.1mol/L。
S5、根据所述标准曲线检测待测溶液中的铅离子浓度。
本公开实施例中提供的非标记电化学检测铅离子的浓度与ICP中铅离子的浓度Pb2+的试验数据如下所示。
根据上述试验数据可知，本公开实施例提供的非标记电化学检测铅离子的方法符合检测精度要求。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备2D-MOFs粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到2D-MOFs溶液；
S4、采用步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液与步骤S3中制备的2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极为铅离子传感器的工作电极，采用含KCl的K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液作为电化学检测的支持电解质，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗，并以lg[Pb2+]标准溶液的浓度为横坐标，不同铅离子浓度的电化学阻抗值为纵坐标，拟合标准曲线；
S5、根据所述标准曲线检测待测溶液中的铅离子浓度。
2.根据权利要求1所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述2D-MOFs粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到2D-MOFs粉末。
3.根据权利要求2所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
4.根据权利要求1-3任一项所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
5.根据权利要求4所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的2D-MOFs粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的2D-MOFs溶液。
6.根据权利要求5所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S4中，
先将抛光后的玻碳电极依次用浓度为0.2-0.7mol/L的稀HNO3、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗后，自然晾干；然后在晾干后的玻碳电极上滴入3.0-9.0μL，浓度为0.05-1.5mg/mL的2D-MOFs溶液，在室温下，自然晾干；再滴入6-14μL，浓度为0.2-0.8×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液于该玻碳电极上，并置于温度为2-6℃设备中孵育8-16h；最后用超纯水冲洗干净，形成单链富G碱基DNA溶液与2D-MOFs溶液修饰的玻碳电极。
7.根据权利要求2所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
8.根据权利要求6所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S4中，
K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6]缓冲液的浓度为3-7mol/L，KCl的浓度为0.05-1.5mol/L。
9.根据权利要求8所述的非标记电化学检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S4中，
采用Ag/AgCl电极作为参比电极，Pt电极作为对电极，检测不同铅离子浓度的电化学阻抗。
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