专利名称：一种铅离子比色检测探针及其应用方法
技术领域：
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种铅离子比色检测探针及其应用方法。
背景技术：
重金属离子(汞Hg2+ ;铅Pb2+ ;镉C(T ;铜CU2+)，特别是汞、镉、铅、铜等具有显著的
生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过 程(即迁移)。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排 放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。其危害程度取决于重金属在环境、食品和 生物体中存在的浓度和化学形态。 重金属一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、
加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引 起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后 就会存留、积累和迁移，造成危害。重金属的污染有时会造成很大的危害，其中，铅和其化合 物对人体各组织均有毒性，铅中毒的危害主要表现在对神经系统、血液系统、心血管系统、 骨骼系统等终生性的伤害上，铅中毒可导致肾功能失灵，抑制大脑发育，特别是对于儿童， 会导致多种神经毒性作用，由于铅是不可降解的，它在环境中持久性存在，并且能够产生在 植物和动物的毒性作用，由此可见铅中毒的危害之严重，因此预防和检测工作就变得非常 重要。可是铅中毒后的症状往往非常隐蔽难以被发现，这些都与环境恶化有关。汽车尾气 排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代
人体内铅的吸收量比原始人增加了约ioo倍，损害了人体健康。因此，实现环境领域或生物 体中的重金属离子的实时检测和以及原位快速检测具有十分重要的意义。
测定痕量重金属离子含量常采用的方法有原子吸收光谱法，属于常规元素分析 法，但对痕量元素的测定灵敏度低，操作复杂。塞曼效应石墨炉原子吸收光谱法，是一种准 确可靠的方法，但同样操作复杂，而且费用高昂，难以大规模应用。此外还有利用络合剂和 与离子形成有色络合物进行比色测定的方法，但其灵敏度低，重现性差，现在一般很少采 用。荧光分子探针技术应用于过渡金属及重金属离子的检测，可实现原位检测，但荧光探针 通常在有机溶剂中有较好的检测效果，而在水溶液中有一定的局限性。近年来，使用核酸适 体(适配子)或DNA酶等作为功能化试剂来与金纳米颗粒制备探针，用于检测Pb"等重金 属离子[Wang Z D， Lee J H， Lu Y， Adv. Mater. 2008， 20， 3263-3267 ;Liu J W， Lu Y，2004， J.Am. Chem. Soc. 2004，126，12298-12305 ;Liu， J W， Lu Y， 2004， Anal. Chem. 76，1627-1632 ; Liu J W， Lu Y， J. Am. Chem. Soc. 2005， 127， 12677-12683 ;Wei H， Li B L， Dong S J， Wang E K， 2008， 19， 095501.]，可以达到较好的灵敏度和选择性，但由于DNA和酶造价较高，不能成 为普遍应用的选择。 针对以上问题，我们研究了一种利用功能化的纳米金颗粒溶胶用为比色器件来检 测重金属离子的方法。本发明提供一种操作简单、快速，不借助仪器(裸眼观察比色)即可 实现对重金属离子快速检测的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能在水溶液中检测重金属铅离子的比色检测探针。
本发明的另一目的是提供一种铅离子比色检测探针在重金属离子检测中的应用 方法。 本发明所述的铅离子比色检测探针为谷胱苷肽(GSH)功能化的金纳米颗粒。谷胱 苷肽由于其结构中的巯基基团易与金纳米颗粒结合，因此用其修饰金纳米颗粒，得到谷胱 苷肽功能化的金纳米颗粒GSH-GNPs，它含有二个自由羧基的结构，谷胱苷肽功能化金纳米 颗粒可以成为检测重金属离子的比色探针。在检测过程中，二个自由羧基可与重金属离子 配位，利用金纳米颗粒的表面等离子共振的性质，通过比色检测方法，可检测出水溶液中含 有的微量的重金属离子Pb2+。 —、比色探针谷胱苷肽功能化的纳米金颗粒(GSH-GNPs)的合成方法
室温下，按GSH与氯金酸二种反应物的物质的量比为3 6 : l配成水溶液，二种 溶液在磁力搅拌下混合，溶液由淡黄色变为白乳状液，用0. 5 1M/L的NaOH溶液调节混合 溶液的pH值在6 8范围内，此过程中溶液逐渐变澄清，然后用1 2mg/mL新配制的硼 氢化钠冰水溶液还原，继续保持搅拌10 24小时，离心除去未反应的物质，再将金粒重新 分散到水中，便得到溶液颜色为红色的谷胱苷肽功能化的纳米金颗粒(GSH-GNPs)，测试紫 外-可见光谱在520nm处有特征吸收，谷胱苷肽功能化的纳米金颗粒即为铅离子比色检测 探针。 二、检测铅离子(Pb2+)
1、检测灵敏度 使用GSH-GNPs作为比色检测探针检测Pb2+时，具有较高的灵敏度。将稀释2 5倍的比色探针溶液中加入等量的待测的样品中，然后加入占溶液总体积的10%的1 2MNaCl溶液，待测样品中如果没有Pb"，则比色探针溶液的红颜色会保持不变，当含有大于 5yM的Pb"，溶液的颜色会由红色变为紫色或蓝灰色。10 30分钟后(依溶液中铅离子 的浓度而定)，通过测试溶液的紫外_可见吸收光谱，可进行比色检测，存在铅离子，金粒的 紫外_可见吸收光谱发生红移，且吸收光谱与铅离子浓度有良好的线性关系，谷胱苷肽功 能化的金纳米颗粒可以作为检测铅离子的探针在水溶液中快速检测铅离子的存在，检测限 可达到100nM。
2、选择性 使用谷胱苷肽功能化的纳米金颗粒作为比色检测探针检测Pb2+时，具有高的选择 性。在与Hg2+， Mg2+， Zn2+， Ni2+， Cu2+， Co2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Mg2+， Cd2+和Ba2+进行检测比较时， 比色探针对Pb2+具有非常好的选择性，相同条件下，检测Pb2+的浓度比Hg2+，Mg2+，Zn2+，Ni2+， Cu2+， Co2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Mg2+， Cd2+和Ba2+离子的浓度低100 1000倍，说明具有高的选择 性。
本发明具有如下优点 1、本发明提供的检测探针灵敏度高、选择性好，检测限低。
2、不借助仪器，通过比色(裸眼观察或紫外光谱)即可识别检测结果。 3、本发明易制备和保存；在fC条件下可保存6 12个月。
4、本发明所用试剂和操作过程均无毒副作用。 5、本发明方法简单、快速、易操作，不需要大型仪器，可进行现场原位快速检测。
附图1、比色探针检测铅离子的紫外_可见吸收光谱及比色对比照片 其中，a比色探针的吸收光谱及对应的溶液照片；b为比色探针溶液检测铅离子后
的吸收光谱及对应的溶液照片。 附图2、比色探针检测不同浓度的铅离子后的吸收光谱的吸收比率与铅离子初始 浓度(1-50 iiM)的线性关系。
具体实施方式
实施例1 : 室温下，将氯金酸的水溶液与谷胱苷肽按物质的量比为6 : l配成水溶液混合搅 拌，并用1M的氢氧化钠溶液将混合溶液的pH值调节至7. 0，然后在混合溶液中加入新配制 的硼氢化钠冰水溶液(2mg/lmL)并剧烈搅拌，混合溶液在搅拌条件下持续反应12小时，离 心除去未反应物质后重新分散，便得到了谷胱苷肽功能化的金纳米颗粒，即比色探针，测其 紫外-可见吸收光谱，在520nm处有特征吸收。
实施例2 : 使用比色探针检测铅离子时，将制得的比色探针稀释4倍，取100iU稀释后的比 色探针溶液加入等量的待测的生物组织或环境污水样品中，然后加入20ii1， 1M NaCl溶液， 通过观察溶液颜色的变化来判断是否有铅离子的存在，存在铅离子时溶液由金颗粒的红色 变为紫色或蓝灰色；或测试溶液的紫外_可见吸收光谱，存在铅离子，溶液的紫外_可见特 征吸收光谱发生红移，且吸收光谱与铅离子的浓度有良好的线性关系，以此来判断待测样 品是否有铅离子的存在。
权利要求
一种铅离子比色检测探针，其特征为比色探针是谷胱苷肽功能化的纳米金颗粒，溶液为深红色，测试紫外-可见光谱，在520nm处有特征吸收，遇到铅离子吸收光谱发生红移，溶液颜色变为紫色或蓝灰色。
2. —种铅离子比色检测探针的应用方法，其检测过程是使用谷胱苷肽功能化的金纳 米颗粒作为检测探针检测Pb2+时，将稀释2 5倍的比色探针溶液中加入等量的待测的检 测生物组织和环境污水样品中，然后加入占溶液总体积的10%的1 2M NaCl溶液改变 溶液的离子强度，观察混合溶液的颜色变化，或测试其紫外_可见吸收光谱，可进行比色检 测，存在铅离子时，混合溶液颜色由金纳米颗粒的红色变为紫色或蓝灰，或溶液的紫外-可 见特征吸收光谱发生红移，且吸收光谱与离子浓度有良好的线性关系，通过颜色和吸收光 谱的位移可判定铅离子存在及所含浓度。
全文摘要
本发明属于检测技术领域，具体涉及一种铅离子比色检测探针及其应用方法。本发明是利用谷胱苷肽修饰金纳米颗粒作为比色探针，谷胱苷肽利用其巯基基团与金纳米颗粒结合，发生配位形成稳定的结构，表面含有二个自由羧基的结构，在检测过程中，羧基可与重金属离子配位，利用金纳米颗粒的表面等离子体共振的性质，可以通过溶液颜色变化指示水溶液中重金属离子Pb2+的存在。本发明灵敏度高，选择性好，不需要大型仪器，可实现原位快速检测，检测结果直观，可以通过裸眼观察，并且操作简单造价低，所用试剂和操作过程无毒副作用。
文档编号G01N21/78GK101710076SQ20091021813
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者代起君, 关威, 李鹿, 柴芳, 王春刚, 苏忠民, 赵亮, 高洪泽 申请人:东北师范大学