CN115326771A - 一种基于rgb分析的便携式铀酰离子荧光检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，包括：将玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针与含不同浓度铀酰离子的溶液混合，得到混合溶液；在避光条件下用紫光手电筒照射混合溶液，利用相机拍摄图像；用取色器读取图像的R、G、B值，绘制三条不同的标准曲线；将待测含铀酰离子溶液在避光条件下用紫光手电筒照射，利用相机拍摄待测含铀酰离子溶液的图像；用取色器读取图像的R、G、B值，分别带入步骤四中对应的标准曲线中，计算得到待测含铀酰离子溶液的浓度。本发明操作简便，对铀酰离子浓度的检测反应时间仅需几秒，检测速度较快；本发明轻便易携带，可实现现场即采即测效果，具有较好应用前景。

Description

一种基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法
技术领域
本发明属于放射性物质检测领域，具体涉及一种基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法。
背景技术
由于核工业的不断发展，对铀的需求逐年增加，其在满足能源需求的过程中会产生大量含铀离子的放射性废液，其中铀酰离子(U(VI))被认为是最稳定的存在形式，此种形态的铀常以沉淀物的形式存在于水溶液中对人类的身体健康造成威胁，铀会随着饮用水进入到人体中，很难通过代谢排出体外，一旦人体中的放射性物质超标，会引起神经系统、呼吸系统和消化系统等损伤，甚至会诱发癌症。
目前已有的铀酰检测技术包括电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱分析(ICP-AES)、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法]、激光诱导动力学磷光分析(KPA)、高效液相色谱(HPLC)等仪器分析方法。但在众多的检测方法中，荧光法具有性价比高、操作简单、不需要复杂昂贵的大型仪器和样品前处理过程等优点，因此更适合于U(VI)的检测。在荧光材料的选择上，常用的有有机材料、无机材料、生物分子和小分子材料等。相比之下，基于一些小分子的荧光吸附材料含有特定的官能团，具有良好的选择性和灵敏度，被认为是一种良好的荧光探针材料。
姜黄素的几种结构都含有酮基、酚羟基及不饱和双键等多个活性基团，通常在450-550nm波长范围内有荧光发射，并且这种荧光在结合U(VI)的过程中会发生猝灭。RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是运用最广的颜色系统之一，通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的。基于RGB三基色原理的应用在多参量传感、食品质量检测、LED等领域已有应用，但目前仍未有基于RGB三基色原理结合荧光的铀检测方面的报道。
发明内容
本发明采用玉米多肽作为姜黄素的载体，构建稳定且高容量负载姜黄素的姜黄素/玉米多肽复合体系,并将其作为U(VI)检测探针，并利用“RGB”三基色原理和荧光猝灭原理实现铀的检测。
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针；
步骤二、将玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针与含不同浓度铀酰离子的溶液混合，得到混合溶液；
步骤三、在避光条件下用紫光手电筒照射混合溶液，利用相机拍摄不同铀酰离子浓度的混合溶液的图像；
步骤四、用取色器读取图像的R、G、B值，以含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度值为横坐标，分别以R、G、B值为纵坐标，绘制三条不同的标准曲线；
步骤五、将待测含铀酰离子溶液在避光条件下用紫光手电筒照射，利用相机拍摄待测含铀酰离子溶液的图像；用取色器读取图像的R、G、B值，分别带入步骤四中对应的标准曲线中，计算得到待测含铀酰离子溶液的浓度。
优选的是，所述步骤一中，制备玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针的方法为：取玉米多肽制备玉米多肽水溶液，加入姜黄素溶液，用NaOH溶液和HCl溶液调节体系pH至6，得到玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针。
优选的是，所述玉米多肽水溶液与姜黄素溶液的体积比为1～2.5mL:5uL。
优选的是，所述玉米多肽的制备方法为：将12.5g玉米蛋白加入到250mL70％(v/v)的乙醇溶液中配制成浓度为50g·L-1玉米蛋白乙醇溶液，在玉米蛋白乙醇溶液中加入5gNaOH，搅拌反应12h，用5mol·L-1HCl溶液调溶液pH至7，加入透析袋中并用去离子水中透析72h，然后用15wt％聚乙二醇溶液中进行浓缩24h，在45℃条件下进行干燥72h，得到玉米多肽。
优选的是，所述玉米多肽水溶液的浓度为2g·L-1，所述姜黄素溶液的浓度为2g·L-1。
优选的是，所述NaOH溶液的浓度为0.1mol·L-1，HCl溶液的浓度为0.1mol·L-1。
优选的是，所述步骤二中，含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度为0～500mg·L-1。
优选的是，含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度分别为0mg·L-1、5mg·L-1、10mg·L-1、25mg·L-1、50mg·L-1、100mg·L-1、250mg·L-1和500mg·L-1。
优选的是，所述步骤三中，紫光手电筒的波长为410nm，功率为3W。
优选的是，所述相机参数为：ISO为4000，快门速度为1/125秒，光圈f/7.1，焦距为22毫米。
本发明提供了一种简单便携的铀酰离子原位监测探针，利用“RGB”色彩分析法快速检测铀酰离子浓度。探针对不同浓度铀酰离子荧光猝灭效果不同，在图中呈现出不同色彩强度，基于“RGB分析”的色彩获取则可快速读取RGB相应值，以快速高效检测铀酰离子浓度。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本发明操作简便，对铀酰离子浓度的检测反应时间短，检测速度较快；(2)本发明轻便易携带，可实现现场即采即测效果，具有较好应用前景；(3)本发明具有绿色环保的特点，探针材料均易购买且是自然界普遍存在的，对环境无危害。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为(a)姜黄素/玉米多肽复合体系高分辨扫描图，(b)为荧光探针与铀酰离子混合体系扫描图，(c)为荧光探针与铀酰离子混合体系中C、元素的分布图；(d)为荧光探针与铀酰离子混合体系中N元素的分布图；(e)为荧光探针与铀酰离子混合体系中O元素的分布图；(f)为荧光探针与铀酰离子混合体系中U元素的分布图；
图2为紫光照射下不同浓度铀酰离子RGB图；
图3为利用Origin处理得到的不同浓度铀酰离子R值曲线图；
图4为利用Origin处理得到的不同浓度铀酰离子G值曲线图；
图5为利用Origin处理得到的不同浓度铀酰离子B值曲线图；
图6为不同铀浓度与R,G,B值用matlab画出的图；
图7为不同铀浓度与R,G,B值用matlab画出的图；
图8为实施例13的待测试含铀溶液的浓度柱状图；
图9为实施例13的待测试含铀溶液在紫光照射下浓度铀酰离子的图像。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
制备玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针：将12.5g玉米蛋白加入到250mL 70％(v/v)的乙醇溶液中配制成浓度为50g·L-1玉米蛋白乙醇溶液，在玉米蛋白乙醇溶液中加入5gNaOH，搅拌反应12h，用5mol·L-1HCl溶液调溶液pH至7，加入透析袋中并用去离子水中透析72h，然后用15wt％聚乙二醇溶液中进行浓缩24h，在45℃条件下进行干燥72h，得到玉米多肽，取玉米多肽制备浓度为2g·L-1的玉米多肽水溶液2.9mL，加入浓度为2g·L-1的姜黄素溶液10uL，用0.1mol·L-1NaOH溶液和0.1mol·L-1HCl溶液调节体系pH至6，得到玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针；图1中(a)姜黄素/玉米多肽复合体系高分辨扫描图，(b)为荧光探针与铀酰离子混合体系扫描图，(c)为荧光探针与铀酰离子混合体系中C、元素的分布图；(d)为荧光探针与铀酰离子混合体系中N元素的分布图；(e)为荧光探针与铀酰离子混合体系中O元素的分布图；(f)为荧光探针与铀酰离子混合体系中U元素的分布图；
实施例2～11：
取实施例1得到的玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针分别与0.1mL含不同浓度铀酰离子的溶液混合，得到不同的混合溶液(含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度如表1所示，括号内为换算后体系内的浓度，结果统一四舍五入)；其中实施例2因铀酰离子浓度为0mg/L，应添加0.1mL超纯水；
表1
Figure BDA0003827900790000051
在避光条件下用紫光手电筒(波长为410nm，功率为3W)照射实施例2～9的不同的混合溶液，将相机参数调至ISO为4000，快门速度为1/125秒，光圈f/7.1，焦距为22毫米，分别拍摄不同的混合溶液的图像；结果如图2所示；不同铀酰离子浓度下，荧光猝灭效果不同，其紫光照射图像颜色深浅不同，说明本发明对于铀酰离子浓度有较好检测作用；
将拍摄的图像传送至计算机，用取色器读取图像的R、G、B值，以含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度值为横坐标，分别以R、G、B值为纵坐标，绘制三条不同的标准曲线；如图3(R)、图4(G)和图5(B)所示；图6为不同铀浓度与R,G,B值用matlab画出的图；图7为不同铀浓度与R,G,B值用matlab画出的图。
实施例13：
取西南科技大学内九州湖水样加入硝酸铀酰，配制成U浓度(3.33mg/L)的待测试溶液，取实施例1得到的玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针与0.1mL待测试溶液混合，得到待测试含铀溶液；将待测试含铀溶液在避光条件下用紫光手电筒照射，利用相机拍摄待测含铀酰离子溶液的图像；用取色器读取图像的G值，带入实施例2～11中对应的标准曲线中，计算得到待测试含铀溶液的浓度为3.458mg/L；
G标准曲线：y＝-6.8127x+133.56
(待测试含铀溶液G值)110＝-6.8127x+133.56
x＝3.458247097。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、制备玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针；
步骤二、将玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针与含不同浓度铀酰离子的溶液混合，得到混合溶液；
步骤三、在避光条件下用紫光手电筒照射混合溶液，利用相机拍摄不同铀酰离子浓度的混合溶液的图像；
步骤四、用取色器读取图像的R、G、B值，以含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度值为横坐标，分别以R、G、B值为纵坐标，绘制三条不同的标准曲线；
步骤五、将待测含铀酰离子溶液在避光条件下用紫光手电筒照射，利用相机拍摄待测含铀酰离子溶液的图像；用取色器读取图像的R、G、B值，分别带入步骤四中对应的标准曲线中，计算得到待测含铀酰离子溶液的浓度。
2.如权利要求1所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述步骤一中，制备玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针的方法为：取玉米多肽制备玉米多肽水溶液，加入姜黄素溶液，用NaOH溶液和HCl溶液调节体系pH至6，得到玉米多肽增敏姜黄素荧光的铀酰离子原位监测探针。
3.如权利要求2所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述玉米多肽水溶液与姜黄素溶液的体积比为1～2.5mL:5uL。
4.如权利要求2所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述玉米多肽的制备方法为：将12.5g玉米蛋白加入到250mL70％(v/v)的乙醇溶液中配制成浓度为50g·L-1玉米蛋白乙醇溶液，在玉米蛋白乙醇溶液中加入5gNaOH，搅拌反应12h，用5mol·L-1HCl溶液调溶液pH至7，加入透析袋中并用去离子水中透析72h，然后用15wt％聚乙二醇溶液中进行浓缩24h，在45℃条件下进行干燥72h，得到玉米多肽。
5.如权利要求2所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述玉米多肽水溶液的浓度为2g·L-1，所述姜黄素溶液的浓度为2g·L-1。
6.如权利要求2所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述NaOH溶液的浓度为0.1mol·L-1，HCl溶液的浓度为0.1mol·L-1。
7.如权利要求1所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，所述步骤二中，含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度为0～500mg·L-1。
8.如权利要求1所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，含不同浓度铀酰离子的溶液的浓度分别为0mg·L-1、5mg·L-1、10mg·L-1、25mg·L-1、50mg·L-1、100mg·L-1、250mg·L-1和500mg·L-1。
9.如权利要求1所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，其特征在于，所述步骤三中，紫光手电筒的波长为410nm，功率为3W。
10.如权利要求1所述的基于RGB分析的便携式铀酰离子荧光检测方法，其特征在于，其特征在于，所述相机参数为：ISO为4000，快门速度为1/125秒，光圈f/7.1，焦距为22毫米。
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