基于量子点荧光探针的水体中汞的检测方法及装置的制造方法

文档序号:9348526阅读:281来源:国知局
基于量子点荧光探针的水体中汞的检测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测试领域,具体涉及一种用荧光光谱检测重金属含量的方法及检测的
目.0
【背景技术】
[0002]水是生命的源泉,是生命存在与经济发展的必要条件,有毒有害的重金属进入水体后导致河流、湖泊等的水质日益恶化,致使重金属污染越发严重,成为世界关注的焦点。在重金属污染中,汞污染毒害大,汞在水中不能被分解,人饮用后毒性放大,与水中其他毒素结合生成毒性更大的有机物。血液中的金属汞进入脑组织后,逐渐在脑组织中积累,达到一定的量时就会对脑组织造成损害,另外一部分汞离子转移到肾脏。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞,由食物链进入人体,引起全身中毒作用;易受害的人群有女性,尤其是准妈妈、嗜好海鲜人士 ;天然水中含汞极少,一般不超过0.lyg/Lo正常人血液中的萊小于5-10 μ g/L,尿液中的萊浓度小于20yg/L。如果急性萊中毒,会诱发肝炎和血尿。近年来,重金属的检测方法得到迅速发展。目前有很多检测重金属离子的方法,如光谱法、电化学分析法、高效液相色谱法和酶抑制法方法等。
[0003]光谱法是基于物质与辐射能作用时,测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迀而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。光谱法能以较高灵敏度对各种样品中的重金属离子含量进行有效分析,但这些方法存在以下不足之处,I)需要昂贵的大型仪器设备;2)检测过程较为繁琐;3)样品需要经过严格复杂的预处理;4)检测灵敏度低,选择性差;5)需要经过专门训练的人员来操作。从而难以满足现场实时、快速、高灵敏度的检测的需求。
[0004]电化学分析法是可对组分进行定性和定量检测的仪器分析方法。具有灵敏度较高、准确度高、测量范围宽、仪器设备较简单、价格低廉、仪器的调试和操作都较为简单,容易实现自动化等优点,但是电化学分析存在着选择性和重现性较差等问题。
[0005]高效液相色谱法有高压、高速、高效、高灵敏度等特点,但因为有“柱外效应”,会导致色谱峰的加宽,柱效率降低。
[0006]酶抑制法测定重金属的基本原理就是进入生物体内的重金属离子与体内某些酶的活性中心具有特别强的亲和力,使酶失去活性的重金属离子与形成酶活性中心的巯基或甲巯基结合后改变了酶活性中心的结构与性质,引起酶活力下降,从而使底物酶系统产生一系列变化,诸如使显色剂的颜色、PH、电导率和吸光度等发生改变,这些现象可以直接用肉眼加以区别或通过电信号、光信号被检测到,这样就可以判断样品中是否有重金属存在。该方法快速、简便,甚至具有可用于环境样品(尤其是水样)的现场检测等优点,但是酶源的稳定性和敏感性较差,抗干扰能力和可重复性差。
[0007]除了酶抑制法以外,上述方法都需要昂贵复杂的仪器,存在测试周期长、分析步骤复杂等缺点。因此,建立一种简单、快速、高效、低成本的检测重金属的分析方法具有重要意义。
[0008]量子点(Quantum Dots, QDs)是半径小于或接近于激子玻尔半径的一类半导体纳米晶。由于其具有激发谱带宽、发射谱带窄、发射波长可调、荧光量子产率高及光化学稳定性好等优良的光学特性,成为生物荧光标记和化学荧光探针中很有发展潜力的荧光材料之一。对量子点表面进行功能化修饰,不仅可用于与生物分子作用,也可应用于重金属离子等环境污染物的检测分析。
[0009]量子点荧光探针的高灵敏度和高选择性引起了广大专家学者的关注,把量子点应用到重金属传感器上已经逐渐成为可能。基于重金属离子对量子点荧光的猝灭或者增强作用,可以建立重金属离子浓度与量子点荧光光强的关系,从而实现量子点对重金属含量的测定。基于这一原理,目前量子点已经应用到Hg2+、Cu2+、Ag+、Cd2+、Pb2+等重金属离子的检测。同时量子点表面的修饰物对量子点的荧光有很大的影响,以不同修饰物来修饰量子点对重金属离子有特异性的识别,基于此原理,L-半胱氨酸修饰的CdSe量子点用于检测Cu'巯基乙酸以及谷光氨肽修饰的CdTe量子点可以用于检测Hg2+,罗丹宁修饰的CdS量子点可以用于检测Ag+,左旋肉毒碱修饰的CdTe量子点可以用于检测Cd'因此经过修饰后的量子点应用于重金属检测具有灵敏度好和特异性强的优点,基于半导体量子点的传感器具有性能优异、检测快速等特点。但其作为一个新兴的技术领域,仍有不少亟待解决的问题和有待开拓与发展的空间,例如,尽管基于量子点的荧光猝灭及增强现象已经发展了多种荧光探针用于分析检测,但是这些方法往往还存在选择性不高等问题。如何开发量子点表面修饰方法,通过表面修饰使量子点功能化,实现对重金属的高选择分析测定仍是有待解决的课题。
[0010]结合当前重金属检测现状,迫切需要找到一种快速、灵敏、高效检测重金属的方法。市面上的便携式重金属检测传感器有基于电化学的,也有基于比色法和紫外光谱分析建模的,分析化学的快速发展使得超灵敏技术对有毒离子和痕量物质的定量和快速检测成为今后的研究热点。量子点的超灵敏度符合分析化学的发展趋势,并为开发更加微型化和自动化的传感器提供了新的思路。未来的量子点传感器有望发展成像PH试纸那样快捷方便的微型传感器。

【发明内容】

[0011]针对本领域的不足之处,本发明的目的是提供一种基于量子点荧光探针的水体中汞的检测方法。
[0012]本发明的另一目的是提出一种基于量子点荧光探针的水体中汞的便携式快速检测装置。
[0013]实现本发明上述目的的技术方案为:
[0014]一种基于量子点荧光探针的水体中汞的检测方法,包括步骤:
[0015]步骤1:配置不同浓度梯度的含汞溶液;
[0016]步骤2:L-半胱氨酸修饰CdTe量子点溶液和缓冲溶液混合,加入步骤I配置的含汞溶液,制得待测溶液;
[0017]步骤3:采用荧光分光光度计采集待测溶液的光谱数据,筛选出汞元素的特征敏感波段,即为发光二级管的波峰值范围,并建立水体中汞含量和波峰值关联的检测模型;
[0018]步骤4:采集被重金属汞污染的水样,和步骤2相同的L-半胱氨酸修饰CdTe量子点溶液、缓冲溶液混合,以步骤3确定的发光二级管的波峰值范围进行荧光检测,将采集得到光谱数据代入检测模型,得到水样中的汞含量。
[0019]其中,所述步骤I中,含汞溶液用二价汞盐配制,Hg2+的浓度范围为1X10 4至lX102mol/Lo所述二价汞盐可以是常规的可溶二价汞盐,如HgCl2、硝酸汞、硫酸汞。
[0020]L-半胱氨酸修饰CdTe量子点溶液可采用本领域已有的方法制备。L-半胱氨酸溶液可采用0.05?0.lmol/L浓度。
[0021]其中,所述步骤2中,L-半胱氨酸溶液、CdTe量子点溶液的浓度为5X 10 8mol/L的量子点溶液,所述缓冲溶液为PH为7.4的柠檬酸-Na2HPO4缓冲溶液。
[0022]其中,步骤3中,所述采集待测溶液的光谱数据,是将步骤2得到的待测溶液放置于比色皿中,光源照射到比色皿中的待测溶液,通过比色皿的光再经过滤光片,并投射在光电检测二极管上,通过光电检测二极管采集光谱数据;由汞含量和采集到的光谱数据,确定检测模型y = A x+B,检测模型中,X为采集得到的光谱数据,A、B为系数常量,y为水体中的汞含量。
[0023]其中,所述步骤3中,光谱采集范围为全波段400-900nm,采样间隔l_5nm,采集点数100-500,通过数据处理软件对光谱数据进行处理,由相关系数法筛选出汞元素的特征敏感波段,从而确定发光二极管的波峰范围,再通过发光二极管得到的光谱数据,采用数据平滑处理和基线校正的预处理方法处理光谱数据,去除噪声干扰,在特征波段范围内,分别采用一元线性回归、多元线性回归、偏最小二乘法、主成分回归的建模方法对数据进行处理,建立检测模型。
[0024]发明人经过综合比较之后,最后选取其中的最优模型一一元线性回归模型为水体中重金属汞的快速检测模型。
[0025]经过上述步骤3的处理,由相关系数法筛选出汞元素的特征敏感波段550-560nm,确
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