一种快速检测痕量Cu2+的方法与流程

本发明涉及利用生物材料进行环境污染物检测领域。具体地说一种快速检测痕量Cu2+的方法。

背景技术：
铜是可以促进新陈代谢的生命所需微量元素，也是血红蛋白及某些金属酶的重要组成部分。但是环境中Cu2+浓度过高会对生命体产生较为严重的毒性。铜的形态不同，对水生生物的毒性也不同，游离态铜离子的毒性比络合态的铜要大得多。水中Cu2+的浓度0.001mg/L时，就会阻滞水体的自净过程，蓝藻及其它一些水生微生物不能顺利生长发育。Cu2+还可以破坏鱼体中的盐水平衡，引起鱼体粘液过量地分泌，使鱼鳃严重脱水而死亡。另外，Cu2+还可以引起鱼类的饵料-桡足类和硅藻的大量死亡，如其浓度为0.0024mg/L时可使桡足类致死。人类摄入过量的铜会引起肝硬化、皮肤病以及神经紊乱等问题。环境中Cu2+污染范围大、污染严重，主要污染源包括铜矿的开采和冶炼、城市工业垃圾和生活垃圾的排放。因此，Cu2+是生活饮用水卫生标准中的必测指标。目前检测Cu2+的方法主要有原子吸收法、荧光猝灭法、极谱仪法、电化学发光分析法和电修饰法等。但是以上Cu2+的测定方法需要大型仪器、测定方法复杂、检出限较高。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种快速检测痕量Cu2+的方法为实现上述目的，本发明采用的技术方案一种快速检测痕量Cu2+的方法，在于利用Cu2+对L-半胱氨酸与1-氯-2,4-二硝基苯在沸水浴中发生亲核取代反应的抑制作用，从而快速灵敏的检测待测溶液中痕量的Cu2+。进一步的说，待测溶液中加入羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液及L-半胱氨酸水溶液在沸水浴条件下催化亲核取代反应生成黄色络合物，从而利用紫外可见分光光度计对黄色的络合产物在355nm处测定紫外吸收值，并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得待测液中Cu2+的浓度。更进一步的说，取待测溶液800ml加入20-200μlA液和5-20μlB液进行混匀，混匀后在沸水浴条件下反应10-40min；反应后再加入2-20μlC液，再于沸水浴中反应5-15min；反应液不显黄色表示样液中Cu2+浓度较高；应稀释后测定至反应液略显黄色，而后利用紫外可见分光光度计对黄色的络合产物在355nm处测定紫外吸收值，通过标准曲线对待测物中痕量Cu2+的检测。所述标准曲线的绘制，1）Cu2+液的配制：将Cu2SO4·5H2O用去离子水定容，配置Cu2+母液；2）Cu2+浓度梯度稀释：将母液分别稀释至不同梯度浓度；3）构建缓冲条件：将不同梯度浓度的母液中分别加入A液和B液再用去离子水定容充分混匀后于沸水浴中反应10-40min；反应后再加入C液并在沸水浴中反应5-15min；4）紫外分光光度计测定：将上述不同梯度浓度母液用紫外分光光度计测定波长为355nm的数值，而后获得标准曲线。更进一步的说，所述标准曲线的获取：1）Cu2+液的配制：将2.497gCu2SO4·5H2O在100ml容量瓶中用去离子水定容，配置0.1M的Cu2+母液；2）Cu2+浓度梯度稀释：将0.1mM母液分别稀释到1mM，100μM，10μM，待用；3）构建缓冲条件：将浓度分别为1μM,100nM,10nM的三组Cu2+溶液取20μl,40μl,60μl,80μl与20-200μlA液混合，并用去离子水将溶液总体积补足到900μl，充分混匀，混匀后于沸水浴中反应10-40min；反应后再加入2-20μlC液并在沸水浴中反应5-15min；4）紫外分光光度计测定：将上述不同梯度浓度母液用紫外分光光度计测定波长为355nm的数值，而后采用origin软件对得到的数据进行处理绘图，获得标准曲线。所述A液为0.05-0.9M羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH5-7；B液为1-20mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配；C液为50-100mM的1-氯-2,4-二硝基苯乙醇溶液。与现有技术相比，本发明的积极效果是：目前，测定痕量Cu2+以ICP/MS为主，现有的检测Cu2+比色反应检出限较高。本发明反应利用Cu2+对L-半胱氨酸与1-氯-2,4-二硝基苯在沸水浴中发生亲核取代反应的抑制作用，快速的检测Cu2+，具有检测速度快、费用低、操作步骤简单、快速、肉眼可视而且具有较低的检出限，为现场快速灵敏检测Cu2+提供了新的技术手段。附图说明图1为本发明实施例提供的Cu2+影响L-半胱氨酸与1-氯-2,4-二硝基苯在沸水浴中发生亲核取代反应的原理图。图2为本发明实施例提供的Cu2+影响L-半胱氨酸与1-氯-2,4-二硝基苯在沸水浴中发生亲核取代反应的水平图。其中反应液中Cu2+的浓度分别为10nM,100nM,1mM,10mM。对照为中不含Cu2+的反应液。图3为本发明实施例提供的测定的Cu2+标准曲线及线性范围。图4为本发明实施例提供的检测铜离子的特异性及抗干扰能力。A为特异性检测，其中铜离子的浓度为10nM,其他金属离子的浓度为1μM。图5为本发明实施例提供的检测铜离子的流程图示。具体实施方式实施例1：自来水中Cu2+的浓度测定。（1）样品的获取：自来水取自烟台市莱山区自来水。（2）构建反应环境：将自来水800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入15μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：若步骤（3）反应液不显黄色，表示Cu2+浓度较高，应稀释后测定。经试验发现可以稀释5倍然后测定结果在线性范围中。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）最终所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长为355nm。并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得自来水中Cu2+的浓度（参见图4和图5）。（7）将以上步骤反复三次。（8）最终该反法的测试结果为：14.96±0.57nM。（9）用ICP/MS的方法对自来水中的Cu2+进行检测，结果为：15.38±0.17nM（表1）。所述A液为0.8M的羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。实施例2：娃哈哈纯净水中Cu2+的浓度测定（1）样品的获取：瓶装娃哈哈纯净水。（2）构建反应条件：将娃哈哈纯净水800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入10μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：步骤（3）反应所得液显示黄色，故不用进行浓度调试。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长：355nm。发现娃哈哈中Cu2+无法测出。（7）用ICP/MS验证：无法测出。（8）娃哈哈纯净水加标检测：在999μl娃哈哈纯净水中加入1μl10μM的Cu2+标准液，去离子水配制，然后再用该方法进行检测。重复（2），（3），（4），（6）步骤并反复三次，并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得自来水中Cu2+的浓度（参见图4和图5）。（8）最终该反法的测试结果为：9.61±0.34nM（参见表1）。（9）用ICP/MS的方法对自来水中的Cu2+进行检测，结果为：9.84±0.12nM。所述A液为0.8M的羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。实施例3：农夫山泉矿泉水中Cu2+的浓度测定（1）样品的获取：瓶装农夫山泉矿泉水。（2）矿泉水的缓冲环境制备：将农夫山泉矿泉水800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入10μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：步骤（3）反应所得液显示黄色，故不用进行浓度调试。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）最终所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长：355nm。并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得农夫山泉矿泉水中Cu2+的浓度（参见图4和图5）。（7）将以上步骤反复三次。（8）最终该反法的测试结果为：8.43±0.54nM。（9）用ICP/MS的方法对自来水中的Cu2+进行检测，结果为：8.69±0.11nM（表1）。所述A液为0.8M羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。实施例4：湖水中Cu2+的浓度测定。（1）样品的获取：湖水取自烟台市山东工商学院人工湖。（2）构建反应环境：将湖水800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入10μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：若步骤（3）反应液不显黄色，表示Cu2+浓度较高，应稀释后测定。经试验发现可以稀释5倍然后测定，可以使测试结果在线性范围当中，具有较好的效果。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）最终所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长为355nm。并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得湖水中Cu2+的浓度（参见图4和图5）。（7）将以上步骤反复三次。（8）最终该反法的测试结果为：27.34±0.83nM。（9）用ICP/MS的方法对湖水中的Cu2+进行检测，结果为：26.75±0.37nM（表1）。所述A液为0.8M的羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。实施例5：标准海水中Cu2+的浓度测定。（1）样品的获取：湖水购买于国家海洋局第二海洋研究所，商品号：GBW（E）080040。（2）构建反应环境：将海水800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入10μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：若步骤（3）反应液不显黄色，表示Cu2+浓度较高，应稀释后测定。经试验发现可以稀释10倍然后测定具有较好的效果。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）最终所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长为355nm。并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得海水中Cu2+的浓度（参见图4和图5）。（7）将以上步骤反复三次。（8）最终该反法的测试结果为：78.39±2.83nM。（9）用ICP/MS的方法对海水中的Cu2+进行检测，结果为：78.13±6.37nM（表1）。所述A液为0.8M羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。实施例6：菲律宾蛤仔中Cu2+的浓度测定。（1）样品的获取：菲律宾蛤仔取自烟大市场水产部。（2）样品预处理：将取来的生物样品清洗移去外壳，获得需检测的有效部位待用，再用二次水清洗三次，然后放入冰箱冷冻成冰，然后再放入冷冻干燥器去除水分，干燥后，再研钵中磨成粉状待用。（3）样品消解：取0.5克上述样品，加入到10mL的浓硝酸中，在200℃消解10个小时，最后将溶液稀释到50mL。（4）构建反应环境：（3）所得稀释液800μl与100μlA液充分混匀。（3）与B液温浴：将步骤（1）所得液与20μlB液在沸水浴中温浴20min。（4）加入C液反应：将步骤（2）所得液中加入10μlC液。在沸水浴中反应10min。（5）浓度调试：若步骤（3）反应液不显黄色，表示Cu2+浓度较高，应稀释后测定。经试验发现可以稀释5倍然后测定具有较好的效果。（6）Cu2+浓度的计算：将步骤（5）最终所得液体用紫外分光光度计进行吸光度检测，检测波长为355nm。并将所得数据与标准曲线进行比对计算，获得消解液中Cu2+的浓度(参见图4和图5)。（7）将以上步骤反复三次。（8）最终该反法的测试结果为：36.38±1.83nM。（9）用ICP/MS的方法对消解液中的Cu2+进行检测，结果为：38.25±0.57nM（表1）。所述A液为0.8M羟乙基哌嗪乙硫磺酸缓冲液，pH6.8。B液为5mM的L-半胱氨酸水溶液，现用现配。C液为72mM的1-氯-2,4-二硝基苯的乙醇溶液。表1样品本方法(nM)ICP-MS(nM)饮用水14.96±0.5715.38±0.17哇哈哈纯净水9.61±0.34(加标10nM)9.84±0.12(加标10nM)农夫山泉矿泉水8.43±0.548.69±0.11湖水27.34±0.8326.75±0.37海水78.39±2.8378.13±6.37(标准品数据)蛤仔36.38±1.8338.25±0.57