技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及銀離子測(cè)定領(lǐng)域，具體涉及一種基于碳點(diǎn)光散射傳感檢測(cè)重金屬銀離子含量的方法。

背景技術(shù)：

原子吸收分光光度法經(jīng)常被用于測(cè)定銀離子含量，具有靈敏、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)。其原理是利用呈氣態(tài)的原子吸收同類原子輻射出的特征譜線，通常鹵化物、硫代硫酸鹽對(duì)銀的測(cè)定有干擾，需對(duì)試樣進(jìn)行前期消解處理，在一定程度上限制其應(yīng)用的范圍。因此，開發(fā)快速、簡(jiǎn)便、高靈敏度的銀離子檢測(cè)新方法具有重要的意義。

而重金屬離子污染廣泛存在于水、食品、土壤，在全世界范圍內(nèi)都是一個(gè)嚴(yán)重的環(huán)境問題。依賴銀的相關(guān)技術(shù)如電氣相關(guān)行業(yè)、攝影攝像行業(yè)以及制藥行業(yè)會(huì)釋放銀離子或其化合物到生態(tài)系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定程度上的潛在危害。研究表明銀離子對(duì)無脊椎動(dòng)物、浮游植物、海藻良性細(xì)菌、兩棲動(dòng)物及魚類的生物積累以及潛在的毒性。因此，建立快速、靈敏檢測(cè)銀離子的新方法對(duì)于水質(zhì)分析、食品安全和臨床醫(yī)療診斷等領(lǐng)域具有非常重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種基于碳點(diǎn)光散射傳感檢測(cè)重金屬銀離子含量的方法，本發(fā)明簡(jiǎn)單易行，用于檢測(cè)銀離子靈敏度高。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于碳點(diǎn)光散射傳感檢測(cè)重金屬銀離子含量的方法，包括以下步驟：

步驟1，取2 μL制備的碳點(diǎn)原液加入到離心管中，再加入半胱氨酸溶液，并用BR緩沖溶液稀釋至2 mL作為碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針，搖勻后置于熒光分光光度計(jì)上以λex ＝ λem 方式在200-700 nm 范圍內(nèi)進(jìn)行同步掃描，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10.0 nm，測(cè)定碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針在295 nm 波長(zhǎng)處的散射光信號(hào)強(qiáng)度，記為I₀；

步驟2，另取2 μL制備的碳點(diǎn)原液加入到離心管中，再加入半胱氨酸溶液，并用BR緩沖溶液稀釋至2 mL作為碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針，分別加入不同濃度銀離子溶液，搖勻后置于熒光分光光度計(jì)上，按照步驟1的方法測(cè)定含不同濃度銀離子的碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針在295 nm波長(zhǎng)處的散射光信號(hào)強(qiáng)度，記為I₂₉₅，根據(jù)散射光信號(hào)強(qiáng)度的變化值，計(jì)算出加入銀離子前后碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)強(qiáng)度的變化值與銀離子濃度的線性關(guān)系，其中變化值為ΔI = I₂₉₅– I₀；

步驟3，另取2 μL制備的碳點(diǎn)原液加入到離心管中，再加入半胱氨酸溶液，并用BR緩沖溶液稀釋至2 mL作為碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針，加入待測(cè)樣品，測(cè)定碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針在295波長(zhǎng)處的光散射強(qiáng)度的變化值，根據(jù)步驟2的線性關(guān)系，計(jì)算出待測(cè)樣品中銀離子的質(zhì)量或濃度。

作為改進(jìn)的是，步驟1中碳點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：將0.3-1.5 g無水檸檬酸溶于25-75 mL超純水中超聲溶解后，將500-1500 μL的乙二胺注入到檸檬酸溶液的底部，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜中，再放于烘箱反應(yīng)后得到淺黃色溶液，最后離心取上清液經(jīng)透析膜透析純化得碳點(diǎn)。

作為改進(jìn)的是，烘箱的溫度為160-240℃，反應(yīng)2-8小時(shí)。

作為改進(jìn)的是，離心轉(zhuǎn)速為10,000-15,000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為15-40分鐘。

作為改進(jìn)的是，透析膜透析時(shí)間為24-48小時(shí)。

作為改進(jìn)的是，步驟1中半胱氨酸的終濃度為0.5 mM。

有益效果

1、本發(fā)明基于碳點(diǎn)光散射傳感檢測(cè)重金屬銀離子簡(jiǎn)便、快捷、靈敏度高，其中所制得碳點(diǎn)呈現(xiàn)球形顆粒，分布均勻，具有良好的單分散性，納米顆粒平均直徑約為2.5 nm左右，尺寸均一。

2、本發(fā)明提供的檢測(cè)方法可以推廣到其它重金屬離子的測(cè)定，并可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)包括污水中重金屬離子的檢測(cè)中。

3、本發(fā)明提供的檢測(cè)方法的建立可以為重金屬離子的高靈敏度、快速檢測(cè)提供新思路。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制得的碳點(diǎn)的紫外-可見光吸收光譜圖。

圖2為實(shí)施例1制得的碳點(diǎn)的紅外光譜圖。

圖3為實(shí)施例2中在基于碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針加入不同濃度的銀離子后的散射光譜圖。

圖4為實(shí)施例2中基于碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)強(qiáng)度隨加入銀離子濃度變化值的關(guān)系(標(biāo)準(zhǔn)曲線)。

圖5為實(shí)施例3中碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的透射電鏡圖。

圖6為實(shí)施例3中碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針中加入銀離子后的透射電鏡圖。

圖7為實(shí)施例4中本發(fā)明碳點(diǎn)自身的紅外光譜圖(曲線1)，半胱氨酸的紅外光譜圖(曲線2)，沒有半胱氨酸存在時(shí)碳點(diǎn)中加入銀離子后的紅外光譜圖(曲線3)以及在水溶性碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針加入銀離子后的紅外光譜圖(曲線4)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

碳點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：

將0.42 g無水檸檬酸溶于25 mL超純水，超聲溶解得檸檬酸溶液；

將536 μL的乙二胺注射至檸檬酸溶液的底部，轉(zhuǎn)入反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，并將反應(yīng)釜放入烘箱中反應(yīng)得淺黃色溶液；

將淺黃色溶液離心，取上清液經(jīng)透析膜透析純化得熒光碳點(diǎn)。

其中，烘箱的溫度為160-240℃，反應(yīng)2-8小時(shí)，步驟3中離心轉(zhuǎn)速為10,000-15,000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時(shí)間為15-40分鐘，滲析膜透析24-48小時(shí)。

本發(fā)明碳點(diǎn)樣品原溶液裝于離心管中，避光放置在冰箱4℃中冷藏備用。

采用紫外-可見光譜儀對(duì)碳點(diǎn)的光吸收性質(zhì)進(jìn)行表征。取2 μL 碳點(diǎn)原溶液于離心管中，利用BR緩沖溶液 (pH 7.0)將其稀釋至2 mL，加入比色皿中待測(cè)，在另一比色皿中加入2 mL超純水作為校正樣品，使用紫外-可見光譜儀在200-800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行掃描。實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳點(diǎn)的紫外-可見光吸收光譜圖如圖1所示，碳點(diǎn)在240 nm和345 nm波長(zhǎng)處具有特征吸收峰。采用溴化鉀固體壓片的方法制作樣品，由傅立葉變換紅外光譜儀(NEXUS-670)記錄紅外光譜圖，范圍是400-4000 cm^-1。實(shí)驗(yàn)測(cè)得碳點(diǎn)的紅外光譜圖如圖2所示。

實(shí)施例2

一種基于碳點(diǎn)光散射傳感檢測(cè)重金屬銀離子含量的方法，包括以下步驟：

步驟1，取2 μL實(shí)施例1制備的碳點(diǎn)原溶液加入到離心管中，然后加入半胱氨酸溶液 (終濃度為0.5 mM) ，再用BR緩沖溶液 (pH 7.0)稀釋至2 mL得碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針，搖勻后置于熒光分光光度計(jì)上以λex ＝ λem 方式在200-700 nm 范圍內(nèi)進(jìn)行同步掃描，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10.0 nm，測(cè)定碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針在295 nm 處的散射光信號(hào)強(qiáng)度，記為I₀；

步驟2，另取2 μL制備的碳點(diǎn)原液加入到離心管中，再加入半胱氨酸溶液，并用BR緩沖溶液稀釋至2 mL作為碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針4份，加入不同濃度銀離子溶液(終濃度依次為0、20、40、80 μM)，用BR緩沖溶液 (pH 7.0)稀釋至2 mL，搖勻后置于熒光分光光度計(jì)上，按照步驟1的方法測(cè)定不同濃度銀離子的碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針在295 nm波長(zhǎng)處的散射光信號(hào)強(qiáng)度，記為I₂₉₅，激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10.0 nm。根據(jù)散射光信號(hào)強(qiáng)度的變化值，計(jì)算出銀離子加入前后碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)強(qiáng)度的變化值與銀離子濃度的線性關(guān)系，其中變化值為ΔI = I₂₉₅– I₀。

步驟3，將待測(cè)樣品加入碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針中，測(cè)試其加入后探針在295 nm波長(zhǎng)處的光散射強(qiáng)度的變化值，根據(jù)步驟2的線性關(guān)系，線性方程為：Y=0.6807*X + 132.2 (R=0.9887)，計(jì)算出待測(cè)樣品中銀離子的質(zhì)量或濃度，其中待測(cè)樣品為鹽城工學(xué)院內(nèi)土壤，使用前配成水溶液過濾離心除去雜質(zhì)。

結(jié)果顯示，實(shí)施例1中以無水檸檬酸為碳源水熱法制備的碳點(diǎn)，在半胱氨酸存在的情況下，加入銀離子后，碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)出現(xiàn)顯著增強(qiáng)現(xiàn)象，詳見圖3，且隨著銀離子濃度的增加，碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，在10-4000 nM濃度范圍內(nèi)，銀離子濃度與碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針的散射光信號(hào)強(qiáng)度的增加值呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，其檢出限為 2 nM (圖4)。該方法具有高靈敏度、簡(jiǎn)便、快捷等特點(diǎn)。

實(shí)施例3

將實(shí)施例2的步驟1中碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針中加入銀離子前后的樣品分別進(jìn)行透射電子顯微鏡表征，結(jié)果如圖5和圖6所示。

比較二者的圖像，發(fā)現(xiàn)水溶性碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針與銀離子作用后，形成更大粒徑的納米粒子，有力驗(yàn)證了光散射實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象及結(jié)果。

實(shí)施例4

將實(shí)施例1中制備出的水溶性碳點(diǎn) (曲線1)，半胱氨酸 (曲線2)，沒有半胱氨酸存在時(shí)碳點(diǎn)中直接加入銀離子 (曲線3)以及水溶性碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針加入銀離子 (曲線4)分別做了紅外光譜表征，結(jié)果見圖7。實(shí)驗(yàn)表明，半胱氨酸在2550 cm^-1處出現(xiàn)一個(gè)S-H的拉伸振動(dòng)峰，但這個(gè)峰并沒有出現(xiàn)在碳點(diǎn)/半胱氨酸/銀離子的紅外光譜圖中，而且碳點(diǎn)/銀離子和碳點(diǎn)/半胱氨酸/銀離子的紅外譜圖峰位置幾乎一致，表明當(dāng)加入半胱氨酸后，S-H連在了銀原子包裹的碳點(diǎn)表面。

綜合投射電子顯微鏡和紅外光譜驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推斷銀離子可能是被碳點(diǎn)還原成了零價(jià)態(tài)的銀原子，附著在碳點(diǎn)表面，然后半胱氨酸連接在銀原子表面，最終銀原子包裹后的碳點(diǎn)在半胱氨酸的作用下發(fā)生團(tuán)聚，從而引起碳點(diǎn)/半胱氨酸光散射探針散射光信號(hào)顯著增強(qiáng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書其等效物界定。