一种锰离子比色法检测试剂盒及其检测方法与流程

本发明涉及环境和生物分析技术领域，具体的说是一种锰离子比色法检测试剂盒及其检测方法。

背景技术：

锰是人体必需的微量元素之一，是在许多酶的组成中起着重要作用，同时也是正常骨结构的必需成分。锰缺乏可以引发神经衰弱综合症，甚至导致胰岛素和合成和分泌的降低；而锰过量，则可能引起中毒现象，职业性锰中毒是由于长期吸入含锰深度较高的锰烟及锰尘导致，尤其是锰铁冶炼、电焊条的制造与电焊作业以及锰矿石的开采、粉碎或干电池的生产等作业的工人，长期接触锰则可引起类似帕金森综合征或wilson病等神经症状。因而，对环境及生物样品中的锰离子的检测是非常重要的。

在水体环境中，由于锰离子不能够分解，在生物体内具有生物富集和生物放大效应，从而使得出于食物链越高的生物，其体内锰离子含量也成倍的增加，对其造成的危害也越大。作为食物链顶端的人类，当食用这些含高浓度的重金属离子水体生物时，受到的危害也是最大的。因而，对环境及水体样品中的锰离子的检测是非常有必要的。

目前，对锰离子的检测手段主要有原子吸收法、催化光度法、荧光分光光度法、化学发光法、电感耦合等离子体质谱等方法。然而这些技术需要价格昂贵的大型仪器，或者检测手段过于复杂，不能实现现场检测和技术推广。相对以上检测技术，比色分析法优势在于其肉眼易于观测，非常适合于现场实时检测，操作简单且价格便宜。金纳米粒子因为其表面等离子体共振吸收而具有非常大的摩尔消光系数，因而其运用于比色分析中具有明显的优势。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种锰离子比色法检测试剂盒及其检测方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锰离子比色法检测试剂盒，试剂盒为醋酸-醋酸钠缓冲溶液、高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液、含十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液、标准比色卡c和比色管；

所述含十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液中，纳米棒的浓度为0.5-10nm，ctab浓度为0.01-100mm。

所述醋酸-醋酸钠缓冲溶液，ph为3.6-5.8，溶液浓度为0.01-1m；

所述高碘酸钾溶液的浓度为0.01-1m；

所述氨三乙酸溶液的浓度为0.01-1m。

优选所述试剂盒中醋酸-醋酸钠缓冲液的ph为5.4，浓度为50mm；含十六烷基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液中，金纳米棒浓度为2.3nm、长径比为2∶1，含ctab的浓度为0.1m；高碘酸钾溶液的浓度为0.02m；氨三乙酸溶液的浓度为0.01m。

所述标准比色卡c为不同浓度锰标准色阶溶液，不同浓度分别为0nm,5nm,10nm,15nm,20nm,25nm,30nm,40nm,50nm,100nm。

一种锰离子比色法检测试剂盒检测锰离子的方法，将醋酸-醋酸钠缓冲溶液加进比色管中，再加入待测样品摇晃混匀，混匀后再加入含ctab的金纳米棒溶液，摇匀；再依次加入高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液摇晃混匀；而后于20-40℃温度下孵育10-30分钟，进行显色反应，通过肉眼或紫外可见光谱仪观察颜色，与标准比色卡c对比确定锰离子含量。

所述含十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液中，纳米棒的浓度为0.5-10nm，ctab浓度为0.01-100mm。

所述醋酸-醋酸钠缓冲溶液，ph为3.6-5.8，溶液浓度为0.01-1m；

所述高碘酸钾溶液的浓度为0.01-1m；

所述氨三乙酸溶液的浓度为0.01-1m。

所述试剂盒中醋酸-醋酸钠缓冲液的ph为5.4，浓度为50mm；含十六烷基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液中，金纳米棒浓度为2.3nm、长径比为2∶1，含ctab的浓度为0.1m；高碘酸钾溶液的浓度为0.02m；氨三乙酸溶液的浓度为0.01m。

所述标准比色卡c为不同浓度锰标准色阶溶液，不同浓度分别为0nm,5nm,10nm,15nm,20nm,25nm,30nm,40nm,50nm,100nm。

所述标准比色卡c的制备是，取0-100nm不同浓度锰标准色阶溶液分别放置于比色管中，加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液摇晃混匀，混匀后再加入含ctab的金纳米棒溶液，摇匀；再依次加入高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液摇晃混匀；而后于20-40℃温度下孵育10-30分钟，进行显色反应，使用专业照相机记录显色结果，采集图片后，用有颜色梯度的图片组成锰离子标准比色卡c。

本发明的原理(见图1)是在酸性溶液中，用氨三乙酸作为活化剂，锰离子催化高碘酸钾氧化金纳米棒而生成三价锰离子，三价锰离子又会还原为锰离子，从而形成循环催化刻蚀金纳米棒，同时使其吸收光谱发生改变(见图3)并伴随着明显的形态变化(图2)和颜色变化(图4)，这种变化与锰离子浓度呈线性关系(见图5)。

本发明所具有的优点：

本发明利用锰离子催化刻蚀金纳米棒比色法检测锰离子，具有灵敏度高(检出限为10nm)，选择性好，操作简单，速度快，肉眼容易观测，适合现场实时检测等优点。

附图说明

图1为本发明提供的锰离子催化刻蚀金纳米棒的原理。

图2为本发明实施例提供的锰离子催化刻蚀金纳米棒前后的透射电镜图像；其中，金纳米棒在锰离子催化刻蚀前(左)，后(中间为低浓度，右为高浓度)。

图3为本发明实施例提供的锰离子(浓度从低到高)催化刻蚀金纳米棒后的吸收光谱图。

图4为本发明实施例提供的的锰离子标准比色卡c。

图5为本发明检测锰离子标准曲线。

图6为本发明实施例提供的检测锰离子的选择性实验结果(图6a)与相应照片(图6b)。

图7为本发明实施例提供的检测锰离子流程图。

具体实施方式

通过以下实施例，对本发明作进一步具体说明。但是本发明绝非仅限于此。

本发明试剂盒采用ph＝3.6-5.8、浓度为0.01-1m的弱酸醋酸，使锰催化的高碘酸钾氧化反应处在弱酸性条件下，ctab修饰的金纳米棒，其中ctab作为一种表面活性剂具有增敏作用，助催化作用的氨三乙酸，反应过程中金纳米棒在正常状态下是蓝色的，在被高碘酸钾氧化刻蚀后，其形态由棒状变为球状，颜色由蓝色变为红色，这种变化与加入作为催化剂的锰离子的浓度变化呈现一定的线性关系，依据这种线性关系进行锰离子的检测。

实施例饮用水中锰离子(加标)检测

试剂盒包括醋酸-醋酸钠缓冲溶液、高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液、含十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液、标准比色卡c和比色管；

所述的醋酸-醋酸钠缓冲溶液是使用分析纯的醋酸钠和冰醋酸用二次去离子水配制而成，配制后的缓冲液的ph为5.4，浓度为50mm。

所述的高碘酸钾溶液浓度为0.02m，由分析纯的高碘酸钾溶于二次去离子水获得；

所述的氨三乙酸溶液浓度为0.01m，由分析纯的氨三乙酸溶于二次去离子水获得；

含十六烷基三甲基溴化铵(ctab)的金纳米棒溶液的制备方式如下：

1)合成金种子液：取50μl氯金酸溶液(50mm)加入到7.7ml浓度为0.1m的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶液中搅拌摇匀，再加入600μl冰镇硼氢化钠(0.01m)溶液，加速摇晃几分钟，混合溶液颜色由亮黄色变为紫灰色时停止，在26℃环境下静置2小时后待用。

2)纳米棒合成：将1200μl氯金酸(50mm)溶液加入到100ml浓度为0.1m的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶液中搅拌混匀，再加入300μl硝酸银(0.01m)溶液，混匀后加入960μl抗坏血酸(0.1m)溶液，待溶液由黄棕色变为无色时，边搅拌边加入200μl上述合成的金种子液至溶液，继续搅拌至溶液颜色由无色逐渐变为蓝绿色，停止搅拌，静置20小时，即得到金纳米棒。从透射电镜其中金纳米棒长径比约为2∶1(见图2(左))，紫外-可见吸收光谱图径向吸收峰在660nm-670nm(见图3吸收光谱图)，根据朗伯比尔定律，估算出纳米棒的浓度为2.3nm。

标准比色卡c的制备是，制备浓度为0nm,5nm,10nm,15nm,20nm,25nm,30nm,40nm,50nm,100nm的锰标准色阶溶液10μl。

即试剂盒：

醋酸-醋酸钠缓冲溶液，ph为5.4，浓度为50mm；

高碘酸钾溶液，浓度为0.02m；

氨三乙酸溶液，浓度为0.01m；

比色管，2ml；

玻璃刻度吸管；

锰标准色阶溶液；

锰标准比色卡。

检测方法：分别加入到装有1ml醋酸-醋酸钠缓冲溶液的比色管中，摇晃混匀后加入含ctab的金纳米棒，摇匀；再分别加入高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液摇晃混匀；混匀后加入含有ctab的金纳米棒溶液，摇匀；而后于20-40℃温度下孵育10-30分钟，进行显色反应，使用专业照相机记录显色结果，采集图片后，用有颜色梯度的图片组成锰标准比色卡c(见图4)，同时可以采集对应紫外-可见吸收光谱图，并根据峰位移制作标准曲线(如图5)。

具体，饮用水中锰离子(加标)检测：

(1)取2.0ml比色管，向每个比色管中加入1ml醋酸-醋酸钠缓冲溶液，分别加入含有三种不同浓度锰离子加标样品10μl，摇晃混匀后，标记1、2、3号，分别加入含有ctab金纳米棒，摇匀；

(2)再依次加入高碘酸钾溶液、氨三乙酸溶液，摇晃混匀；

(3)在20-40℃温度下孵育10-30分钟，

(3)观察颜色变化，将比色管与标准比色卡c进行比对确定饮用水加标样品锰离子的浓度范围，可以看出和比色卡浓度对应很一致；同时可以通过之外可见光谱图获得峰位移，并根据标准曲线确定锰离子的确定含量，本方法检测结果的加标回收率在85-103％(见表1)，说明了本方法的实际应用的可靠性。

表1锰离子加标测试结果