纳米金包银比色探针的制备方法及其检测铅离子的方法与流程

本发明涉及铅离子检测的技术领域，具体涉及纳米金包银比色探针的制备方法及其检测铅离子的方法。

背景技术：

铅是典型的慢性或积累性毒物。铅可对许多人体器官带来不良影响，特别是对人的肺、肾脏、生殖系统、心血管系统有较大的损害；影响表现为肾损伤、智力下降、不育、流产以及高血压，还会引起铅脑病、多发性神经炎、腹绞痛、溶血性贫血等。幼儿和儿童体内铅含量过高，会直接影响发育，而且这种影响是全身性的，具有不可逆性。目前我国儿童血铅水平整体已有所下降，但部分地区儿童血铅水平仍然较高，这与其居住环境和食物铅超标等因素密切相关。

目前，铅离子的检测方法包括双硫腙比色法、火焰原子吸收光谱法等。然而，这些技术一般都需要复杂的预处理，分析非常耗时，需要昂贵的仪器，选择性较低，限制了它们的实际应用。检测铅离子的贵金属纳米传感器已经有大量的报道，大体上主要分为两类。一类方法是基于纳米颗粒的团聚反应进行的。第二类方法是基于金纳米颗粒的刻蚀反应进行的。这些方法最早是在2009年（Anal. Chem. 2009, 81, 9433–9439）报道的，其原理在于，在2-巯基乙醇和硫代硫酸钠存在下，铅在金纳米颗粒表面形成铅金合金，铅离子间接催化了巯基乙醇刻蚀金的反应，从而实现对铅离子的高灵敏度、高选择性检测。此体系使用的金纳米颗粒溶液是红色的，所以，如果被测定溶液是红色的，会对检测结果造成影响。因此，需要开发其他颜色的纳米溶液用于克服类似问题。而单纯的银纳米颗粒又不能基于此类反应检测铅离子。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种操作较简单，成本较低，选择性好，灵敏度高的纳米金包银比色探针的制备方法及其检测铅离子的方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，

本发明之纳米金包银比色探针的制备方法，包括以下步骤：

将氯金酸溶液和硝酸银溶液加入烧瓶中，加热沸腾后，加入柠檬酸钠溶液，混合溶液沸腾回流10～30 min后，停止加热，并搅拌至室温，即得到橙黄色的纳米金包银比色探针溶液。

进一步地，所加入的氯金酸溶液中的氯金酸、硝酸银溶液中的硝酸银与柠檬酸钠溶液中的柠檬酸钠的摩尔比为1:2.85~3.15:11.4～11.8。

进一步地，所述氯金酸溶液的摩尔浓度为0.05～0.25 mmol/L。所述硝酸银溶液的摩尔浓度为0.15～0.75 mmol/L。所述柠檬酸钠溶液的摩尔浓度为0.03～0.18 mol/L。

本发明之纳米金包银比色探针检测铅离子的方法，包括以下步骤：

准备离心管（一般为8个），分别将100～500 µL 摩尔浓度为50～100 mmol/L的Gly-NaoH缓冲溶液（优选pH为9.6~10.3）、300～800µL本发明所制得的纳米金包银比色探针溶液加入离心管中，混合均匀，加入20～100 µL摩尔浓度为50～250 mmol/L的硫代硫酸钠溶液，并分别加入100～500 µL不同浓度的铅离子（可为0 nmol/L、5 nmol/L、50 nmol/L、500 nmol/L、5 µmol/L、50 µmol/L、500 µmol/L、5 mmol/L）溶液，混合均匀，反应10～30 min后，再加入20～40 µL摩尔浓度为50～250 mmol/L的2-巯基乙醇（2-ME）溶液，震荡，然后在室温下静置1～2 h。观察反应溶液颜色变化或者检测溶液的UV-Vis光谱变化，定性或定量分析铅离子的存在或含量。

在上述技术方案中，若反应溶液颜色由橙黄色变浅，则待测样品溶液中含有铅离子，且溶液中铅离子的浓度大于或等于5 nmol/L，若需要定量分析，检测混合溶液中UV-Vis光谱变化，确定溶液中铅离子的浓度；若反应溶液颜色没有变化，说明待测样品溶液没有铅离子，或者溶液中铅离子的浓度小于5 nmol/L，若需要定量分析，检测混合溶液中UV-Vis光谱变化，确定溶液中铅离子的浓度或有无铅离子。

在上述技术方案中，所述定量分析中，建立标准曲线进行定量检测，包括以下步骤：

（1）配制不同浓度的铅离子超纯水溶液，其中，铅离子的浓度分别为：0 nmol/L、5 nmol/L、50 nmol/L、500 nmol/L、5 µmol/L、50 µmol/L、500 µmol/L、5 mmol/L；

（2）准备8个干净的离心管，分别将100 µL摩尔浓度为50 mmol/L的Gly-NaoH缓冲溶液（pH=10）、760 µL制得的纳米金包银比色探针溶液加入离心管中，混合均匀，加入20 µL摩尔浓度为50 mmol/L的硫代硫酸钠溶液，并分别加入步骤（1）所制得的100 µL不同浓度的铅离子（0-5 mmol/L，8个梯度）溶液，混合均匀，反应15 min后，再加入20 µL摩尔浓度为50 mmol/L的2-巯基乙醇（2-ME）溶液，震荡，然后在室温下静置1.5小时。测定混合溶液的UV-Vis光谱变化，以y=(A₀− A)/A₀的值为纵坐标，Α₀：空白组（铅离子浓度为0 nmol/L的溶液）的最大吸收峰的吸光度，A：加铅离子混合溶液（铅离子浓度＞0 nmol/L的溶液）的最大吸收峰的吸光度；以铅离子浓度值为横坐标绘制标准曲线，得出二者之间在50nmol/L-500 µmol/L区间呈线性关系，其方程式为 y=1.724+0.226×log(c), c为摩尔浓度，摩尔浓度单位为mol/L，相关系数R为 0.983，可用于铅离子的定量检测，其最低检测下限由3σ计算为0.1nmol/L.

在上述技术方案中，所述纳米金包银比色探针检测铅离子溶液的检测范围为：5 nmol/L～5 mmol/L, 其线性范围为50nmol/L-500 µmol/L。

本发明用柠檬酸钠溶液还原氯金酸和硝酸银的混合溶液，得到金包银纳米颗粒溶液；铅离子在2-巯基乙醇和硫代硫酸钠(Na₂S₂O₃)辅助下对金包银纳米探针具有刻蚀反应，铅离子浓度越大，其刻蚀效果越明显，溶液的颜色越淡，利用紫外-可见分光光度计对溶液吸光度的测定，可以实现对铅离子的检测。

本发明的设计原理和理论基础：

（1）本发明制备的直径在纳米级的纳米金包银粒子，其基本单元都是微小尺寸的粒子，故具有很多宏观粒子所不具备的物理特性，如光学效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、久保效应以及一些其他的特殊效应。

（2）金包银纳米粒子会和溶液中的 S₂O₃^2-反应， 复合物Au(S₂O₃)₂^3-会在金包银纳米颗粒表面快速形成，当溶液中加入Pb²⁺离子和2-巯基乙醇时，金包银纳米粒子表面的金迅速溶解形成Au⁺-2-ME络合物，由于金比银的氧化能力强，Au⁺-2-ME又迅速和纳米粒子上的银反应形成Ag⁺-2-ME，金包银纳米粒子的粒径逐渐变小，并伴随着紫外图谱的改变。纳米颗粒的吸收光的能力与其直径有关，一般说来，同等浓度下，直径越大的纳米颗粒，其吸收光强度越大，直径越小的纳米颗粒，其吸收光强度较小。因此，利用纳米颗粒吸收光强度与直径的关系，获取在不同铅离子浓度下2-ME/S₂O₃^2—Au@AgNPs吸收光强度信息，进而实现对铅离子的检测。附图3很好的解释了上述所说的传感机制，有效的证明金包银纳米颗粒能够作为比色传感器。

（3）选择性测试：

准备9个干净的离心管，分别将100 µL摩尔浓度为 50 mmol/L的Gly-NaOH缓冲溶液（pH=10）、760 µL本发明制得的纳米金包银比色探针溶液加入离心管中，混合均匀，加入20 µL摩尔浓度为 50 mmol/L的硫代硫酸钠溶液，并分别加入100 µL 100 nmol/L 的硝酸铅，5 μmol/L的氯化镉、氯化铬、氯化铁、氯化钾、硝酸锰、氯化钠、硝酸镍、硝酸锌溶液，混合均匀，反应15 min后，再加入20 µL 50 mmol/L的2-ME溶液，震荡，然后在室温下静置1.5小时。然后，分别转移到石英比色皿中，在紫外-可见分光光度计中检测并记录其紫外-可见吸收光谱，计算给出(A₀-A)/A₀, 参见附图4。

如图4所示，可以发现，在Pb²⁺存在的情况下，其最大吸收值是其他离子的1000倍左右，而5 µmol/L的Cd²⁺，Cr³⁺，Fe³⁺，K⁺，Mn²⁺，Na⁺，Ni²⁺，Zn²⁺均不能对Pb²⁺检测产生明显干扰。因此，我们可以得出结论，该反应体系不仅具有十分低的检测下限，还具有良好的选择性。

本发明金包银纳米颗粒的吸收和散射截面积要比金纳米颗粒强，而且金包银纳米颗粒具有和金一样的化学稳定性，非常适合用作探针去检测被测物，能够降低检测下限。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明制备的纳米金包银比色探针具有灵敏度高、响应迅速、选择性好等优点，金包银探针溶液呈黄色，在被测样品溶液呈红色时，比金纳米颗粒有更强的抗干扰能力，比色法检测铅离子的检出最低浓度由3σ计算得出为0.1 nmol/L，比已经报道文献中检测下限都要低。

（2）本发明中制备探针所使用的试剂均无毒害作用，探针的合成方法简单且制备过程中也不产生污染环境的物质。

（3）本发明的检测方法操作简单、快速，不需要借助复杂昂贵的大型仪器，成本低廉，可实现裸眼检测，适用于大规模的现场快速检测。

附图说明

图1为不同浓度铅离子溶液加入纳米金包银比色探针溶液中的UV-Vis变化光谱图；

图2为不同浓度铅离子溶液加入纳米金包银比色探针溶液中，（A₀− A）/A₀同铅离子浓度之间关系的标准曲线图及线性拟合公式；

图3纳米金包银探针对Pb²⁺离子检测作用的传感机制；

图4为不同金属离子加入纳米金包银比色探针溶液中，混合溶液的（A₀− A）/A₀变化图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

本实施例之纳米金包银比色探针的制备方法，包括以下步骤：

将100ml 氯金酸（摩尔浓度为0.0607mmol/L）溶液和100ml硝酸银（摩尔浓度为0.1821mmol/L）溶液加入到烧瓶中，加热至沸腾后，加入2 mL 0.035 mol/L的柠檬酸钠溶液，混合溶液继续沸腾回流20 min后，停止加热，并搅拌至室温，即得到橙黄色的纳米金包银比色探针溶液。

通过 TEM(透视电子显微镜)进行表征，所得纳米金包银比色探针溶液中的纳米金包银比色探针为球形颗粒，其直径约为28.6 nm，其溶液的紫外可见光谱最大吸收峰波长为433 nm。

本实施例之纳米金包银比色探针检测铅离子的方法，包括以下步骤：

准备8个干净的离心管，分别将100 µL摩尔浓度为50 mmol/L 的Gly-NaoH缓冲溶液（pH=10）、760 µL制得的纳米金包银比色探针溶液加入离心管中，混合均匀，加入20 µL 50 mmol/L的硫代硫酸钠溶液，并分别加入100 µL不同浓度的铅离子（0 nmol/L、5 nmol/L、50 nmol/L、500 nmol/L、5 µmol/L、50 µmol/L、500 µmol/L、5 mmol/L，8个梯度）溶液，混合均匀，反应15 min后，再加入20 µL 50 mmol/L的2-巯基乙醇溶液，震荡，然后在室温下静置1.5小时。观察溶液颜色的变化，若反应颜色由橙黄色变浅，则待测样品溶液中含有铅离子，且溶液中铅离子的浓度大于或等于5 nmol/L，若需要定量分析，检测混合溶液中UV-Vis光谱变化，确定溶液中铅离子的浓度；若所述反应颜色没有变化，说明待测样品溶液没有铅离子，或者溶液中铅离子的浓度小于5 nmol/L，若需要定量分析，检测混合溶液中UV-Vis光谱变化，确定溶液中铅离子的浓度或有无铅离子。

所述定量分析中，建立标准曲线进行定量检测，包括以下步骤：

（1）配制不同浓度的铅离子超纯水溶液，其中，铅离子的浓度分别为：0 nmol/L、5 nmol/L、50 nmol/L、500 nmol/L、5 µmol/L、50 µmol/L、500 µmol/L、5 mmol/L；

（2）准备8个干净的离心管，分别将100 µL摩尔浓度为50 mmol/L的Gly-NaoH缓冲溶液（pH=10）、760 µL制得的纳米金包银比色探针溶液加入离心管中，混合均匀，加入20 µL摩尔浓度为50 mmol/L的硫代硫酸钠溶液，并分别加入步骤（1）所制得的100 µL不同浓度的铅离子（0-5 mmol/L，8个梯度）溶液，混合均匀，反应15 min后，再加入20 µL摩尔浓度为50 mmol/L的2-巯基乙醇溶液，震荡，然后在室温下静置1.5小时。测定混合溶液的UV-Vis光谱变化，以y=(A₀− A)/A₀的值为纵坐标，Α₀：空白组（铅离子浓度为0 nmol/L的溶液）的最大吸收峰的吸光度，A：加铅离子混合溶液（铅离子浓度＞0 nmol/L的溶液）的最大吸收峰的吸光度；以铅离子浓度值为横坐标绘制标准曲线，得出二者之间在50nmol/L-500 µmol/L区间呈线性关系，其方程式为 y=1.724+0.226×log(c), c为摩尔浓度，摩尔浓度单位为mol/L，相关系数R为 0.983，可用于铅离子的定量检测。