本发明涉及一种检测水中镉的方法，尤其涉及一种基于半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子探针可视化检测水中镉的方法。
背景技术：
：：随着科技的发展，重金属污染已成为日益严重的问题。镉广泛存在于水、土壤和空气中，是重金属污染的重要组成之一，它可以通过食物链进入人体内，并且拥有20–30年的生物半衰期，可能对人体造成极大伤害并诱发各种疾病，因此研究一种检测镉的方法具有重要意义。目前多种分析检测方法已应用于检测镉，包括：原子荧光光谱、电感耦合等离子质谱法、电感耦合等离子原子发射光谱、石墨炉原子吸收法和火焰原子吸收法等。这些方法虽然具有较高的检测灵敏度，但都具有需要专业的技术人员、大型仪器、检测费用高、耗时长等不足，使其应用受到限制。纳米材料由于其特殊的尺寸效应，在催化、电学、光学及表面增强拉曼效应等诸多方面有良好的应用，尤其是金属纳米颗粒，其独特的光学、电学、催化性质等在很多领域都具有潜在的应用价值。合金纳米粒子具有不同于单组份金属的催化性能、表面等离子共振及表面增强拉曼散射(sers)等特性，其综合性能远超于各单组份金属，而金和银由于具有非常相近的晶格常数，因而在溶液中还原金和银时非常容易形成金银合金。目前纳米材料的合成方法主要有光化学法、电化学法、微乳液法、辐射法和化学还原法等，其中化学还原法操作方便、工艺简单，得到了广泛应用。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子探针可视化检测水中镉的方法，该方法选择性好、操作简单、检测时间短、仪器价廉，灵敏度较高，能够满足水中cd2+的检测。本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子探针可视化检测水中镉的方法，包括如下步骤：(1)半胱氨酸修饰金银合金纳米粒子的制备准确移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分别加入到装有15ml超纯水的烧瓶中，冷凝回流加热5min后同时加入0.4mm柠檬酸三钠溶液250μl，再加热2min，然后立即混合并继续搅拌加热15min，得到橘黄色澄清且稳定均匀的溶液，即为金银合金溶液；在上述新合成的金银合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液匀速搅拌2h，得到半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液，向半胱氨酸包裹的金银纳米合金溶液加入nacl；(2)比色检测水中cd2+向半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液加入nacl，使其浓度为0.024m，分别将浓度为0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.2、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+标准溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中，孵化15min，待反应完全后，可以观察到明显的颜色变化，用数码相机拍摄溶液的颜色，制作标准比色卡；同时，采用紫外-可见分光光度法测定溶液在435nm处和600nm处的吸光度，以溶液吸光度比值(a600/a435)为纵坐标，cd2+浓度为横坐标，绘制工作曲线，线性拟合得到一个一元一次方程；取10μl经沉淀、过滤、调节ph至6.0预处理后的水样，加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中，孵化15min，待反应完全后，用数码相机拍摄溶液的颜色，将拍摄的照片中溶液的颜色与标准比色卡对比，即对水样中的cd2+含量进行半定量检测；同时，测定溶液在435nm处和600nm处的吸光度并计算溶液吸光度比值(a600/a435)，代入一元一次方程，即可求得水中cd2+含量。步骤(1)制得的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液在使用前需向溶液中加入nacl，使nacl在溶液中的浓度为0.024m；步骤(1)中所述1.0％agno3溶液和1.0％haucl4溶液均为质量分数。步骤(2)中所述半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中半胱氨酸浓度浓度为23.33μm；步骤(2)中所述半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液的ph为6.0。本发明通过控制合适的条件，同时还原haucl4和agno3制得了金银合金纳米粒子，并通过在其表面修饰半胱氨酸，建立了一种能够特异性识别水中cd2+的快速检测方法。该方法检测时间短、操作简单，对水中cd2+的检测限为0.044μm，检测范围为0.4μm～38.6μm。附图说明图1中(a)为纳米金(a)、纳米银(b)、金银合金(c)及纳米金及纳米银物理混合(d)紫外可见吸收光谱图；(b)为不同金银比例的合金最大吸收峰值与合金中金的摩尔比例线性关系图。图2为加入10μmcd2+前(a)后(c)合金紫外可见光谱的变化和加入10μmcd2+前(b)后(d)半胱氨酸修饰合金紫外可见光谱及溶液颜色的变化，插图中左边试管为加入10μmcd2+前(b)半胱氨酸修饰合金溶液的颜色，右边试管为加入10μmcd2+后(d)半胱氨酸修饰合金溶液的颜色。图3为加入10μmcd2+前(a)后(b)金银合金纳米粒子的电镜及粒径图。图4中(a)为合金纳米粒子edx谱图；(b)为半胱氨酸(a)及半胱氨酸修饰合金纳米粒子(b)红外光谱图。图5为半胱氨酸浓度(a)、检测时间(b)、ph(c)及nacl浓度(d)对检测的影响图。图6中(a)为不同cd2+浓度下半胱氨酸修饰金银合金纳米溶液吸收光谱图；(b)为金银合金纳米溶液吸光度比值(a600/a435)与cd2+浓度关系图。图7为不同金属离子存在下对合金纳米溶液吸收峰比值的影响示意图(a)；半胱氨酸修饰合金纳米溶液的稳定性示意图(b)，插图为半胱氨酸修饰合金在不同时间时在435nm处的吸收峰值。具体实施方式实施例1：一种基于半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子探针可视化检测水中镉的方法，包括如下步骤：(1)半胱氨酸修饰金银合金纳米粒子的制备准确移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分别加入到装有15ml超纯水的烧瓶中，冷凝回流加热5min后同时加入0.4mm柠檬酸三钠溶液250μl，再加热2min，然后立即混合并继续搅拌加热15min，得到橘黄色澄清且稳定均匀的溶液，即为金银合金溶液；在上述新合成的金银合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液匀速搅拌2h，得到半胱氨酸包裹的金银纳米合金溶液，向半胱氨酸包裹的金银纳米合金溶液加入nacl；(2)比色检测水中cd2+向半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液加入nacl，使其浓度为0.024m，分别将浓度为0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.20、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+标准溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中，孵化15min，待反应完全后，可以观察到明显的颜色变化，用数码相机拍摄溶液的颜色，制作标准比色卡；同时，采用紫外-可见分光光度法测定溶液在435nm处和600nm处的吸光度，以溶液吸光度比值(a600/a435)为纵坐标，cd2+浓度为横坐标，绘制工作曲线，线性拟合得到一个一元一次方程；取10μl经沉淀、过滤、调节ph至6.0预处理后的水样，加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中，孵化15min，待反应完全后，用数码相机拍摄溶液的颜色，将拍摄的照片中溶液的颜色与标准比色卡对比，即对水样中的cd2+含量进行半定量检测；同时，测定溶液在435nm处和600nm处的吸光度并计算溶液吸光度比值(a600/a435)，代入一元一次方程，即可求得水中cd2+含量。步骤(1)中所述1.0％agno3溶液和1.0％haucl4溶液均为质量分数。步骤(2)中所述半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中半胱氨酸浓度浓度为23.33μm；步骤(2)中所述半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液的ph为6.0。实施例2：以下结合具体实施例对本方法的性能进行详细的考察，并结合说明书附图进行说明，具体步骤如下：1.1仪器及试剂uv–2450紫外–可见分光光度计(日本岛津公司)，仪器工作参数：扫描波长300～800nm；jem–2100高分辨率透射电子显微镜(日本电子株式会社)；nicomp380zls纳米粒度仪(美国pss粒度仪公司)；phs–3c型酸度计(上海雷磁仪器厂)；双向磁力搅拌器(常州国华电器有限公司)；milliporesimplicity水纯化系统。haucl4(纯度≥99.9％)，上海源叶生物科技有限公司)和agno3(纯度≥99.8％)，上海试剂一厂)用超纯水配制成1.0％储备液；半胱氨酸用超纯水配制成1.0mm溶液，柠檬酸三钠用超纯水溶解，配制成0.4mm溶液；cd2+标准溶液用氯化镉(纯度≥99％，上海试一化学试剂有限公司)配制成1.0mm的标准溶液；自来水、湖水取自南昌大学校园内。1.2试验方法1.2.1半胱氨酸修饰金银合金纳米粒子的制备准确移取48μl1.0％agno3溶液和47μl1.0％haucl4溶液分别加入到装有15ml超纯水的烧瓶中，冷凝回流加热5min后同时加入0.4mm柠檬酸三钠溶液250μl，再加热2min，然后立即混合并继续搅拌加热15min，得到橘黄色澄清且稳定均匀的溶液。在上述新合成的金银合金溶液中加入0.7ml1.0mm半胱氨酸溶液匀速搅拌2h，得到半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液。1.2.2检测条件的优化在检测水中cd2+的过程中，检测条件的不同会对最终的检测结果产生明显影响。为了获得更高的检测灵敏度和准确性，在控制其他条件相同的情况下，本实验依次考察了半胱氨酸浓度、检测时间、ph值和nacl浓度对检测结果的影响。1.2.3比色检测水中cd2+向半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液加入nacl，使其浓度为0.024m，分别将浓度为0.40、1.34、2.23、4.44、6.65、8.85、11.00、13.20、15.40、17.50、21.80、26.10、30.30、34.50、38.60μmcd2+标准溶液加入到2ml上述含有nacl的半胱氨酸修饰的金银纳米合金溶液中，孵化15min，待反应完全后，可以观察到明显的颜色变化，采用紫外–可见分光光度法测定溶液的吸光度。1.2.4实际水样的检测采集南昌大学校园内的自来水和湖水,通过沉淀、过滤、调节ph至6.0等常规预处理后，测定水中cd2+含量并采用标准加入法进行加标回收分析。2结果与讨论2.1半胱氨酸修饰金银合金纳米粒子的合成图1a为合成好的金银合金纳米粒子的紫外–可见吸收光谱，可以看出在检测波长范围内该合金纳米粒子仅在435nm处有一个吸收峰，该吸收峰位于银(400nm)和金(520nm)纳米粒子最大吸收峰之间，表明已成功合成了金银合金纳米粒子。并且随着合金中金的摩尔比率的增加，其最大吸收峰值与合金中金的摩尔比率呈现出线性关系(图1b)。2.2金银合金纳米粒子的表征2.2.1合金纳米粒子的光谱表征图2曲线d显示，加入cd2+后，纳米粒子溶液在600nm附近处出现一个新的吸收峰，并且溶液的颜色发生明显的变化。2.2.2合金纳米粒子的电镜及粒径表征透射电镜(tem)图像显示(图3)，合金纳米粒子粒径较小，呈规则的球形，粒径分布较均匀(图3a)；加入cd2+后合金纳米粒子发生明显的聚集(图3b)。粒径表征表明，合金纳米粒子的粒径约为50nm(插图，图3a)，加入10μmcd2+后粒径增大为500nm(插图，图3b)，表明cd2+的加入引起了半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子的聚集，使得其粒径增大，并导致溶液颜色的变化。2.2.3合金纳米粒子的edx及红外表征合金中组成成分的分析由edx获得(图4a)，从图中分析可得合金中银和金的比值约为0.7:0.3，这与溶液中最初的银金比例相吻合。红外光谱表征结果如图4b，在2500–2600cm-1处–sh的特征峰减弱，说明半胱氨酸通过巯基修饰于合金纳米粒子表面。2.3实验条件的优化2.3.1半胱氨酸浓度的优化水溶液中金银合金纳米粒子的聚集是通过cd2+和修饰在合金表面的半胱氨酸特异性结合而实现的，因此半胱氨酸的浓度对该检测方法的检测灵敏度有很大的影响。半胱氨酸的浓度越高合金就越容易聚集，但是半胱氨酸浓度过高时，多余的半胱氨酸会导致合金粒子之间的自聚集，导致检测灵敏度的降低。在13.2μmcd2+存在下，随这半胱氨酸浓度的增加，吸收峰比值增大，检测效果越明显(图5a)，但当浓度超过23.33μm时，检测效果明显降低，因此，选择23.33μm作为最佳的半胱氨酸浓度。2.3.2检测时间的选择图5b为在常温(25℃)条件下检测时间对检测结果的影响。从图中可以看出半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子对cd2+的检测在极短时间内反应完成，15min基本达到稳定，因此，15min被选取为后续的反应时间。2.3.3合金溶液ph值的影响考察了ph在5–11之间合金纳米粒子对cd2+的检测灵敏度的影响。图5c显示，在相同的cd2+浓度下，当ph＝6.0时可获得最大的吸收峰比值，因此，选择ph＝6.0进行检测。2.3.3nacl浓度的影响合金溶液中的离子强度对检测有较大的的影响，为使检测灵敏度更高，研究了溶液中nacl浓度对检测结果的影响(图5d)，从图中可以看出，随着nacl浓度的增加灵敏度不断提高，但当nacl浓度为0.024m时溶液开始产生聚集，因此nacl浓度为0.024m为最适浓度。2.4比色检测水中cd2+在优化条件下，绘制了检测cd2+的工作曲线。如图6a所示，随着cd2+浓度的增大，溶液在435nm处的吸收峰不断减小，而在600nm处出现的新的吸收峰不断增强。cd2+检测的工作曲线如图6b所示，当cd2+浓度为0.4～38.6μm时(图6b)，线性方程为y＝0.0142c+0.0858(r2＝0.9985)；最低检测限为0.044μm。2.5选择性实验分别测定了cd2+、甲苯(met)、对氯硝基苯(4–nc)、二甲苯(xyl)、二苯胺(dpl)、ni2+、k+、ba2+、al3+、zn2+、co2+、cu2+、mg2+、hg2+、mn2+、na+、fe3+、pb2+在相同浓度(21.6μm)下金银合金纳米粒子溶液的吸收峰比值(图7a)，结果显示仅在加入cd2+时溶液有明显的吸光度比值的变化，而其他干扰物基本无变化，表明该方法对cd2+检测有很好的选择性。2.6金银合金纳米粒子的稳定性制备好的金银合金纳米粒子溶液在较长的时间内仍保持澄清透明，其吸收光谱和吸收峰强度在15天内几乎没有变化(图7b)，表明合成的金银合金纳米粒子溶液有较好的稳定性。2.7实际水样的检测分别取10μl预处理过的实际水样，按照上述方法进行cd2+测定，并进行0.8、5.0、15.0μm三个水平cd2+浓度的加标回收实验，记录光谱数据并进行数学处理，计算得到的加标回收率为102.9％～110.0％(表1)，实验结果令人满意。表1样品分析结果与回收率table1recoverytestoftheassayintapandlakesampleswithspikedcd2+3结论采用化学还原法同时还原haucl4和agno3，成功合成了稳定的金银合金纳米粒子。基于cd2+能引起半胱氨酸修饰的金银合金纳米粒子发生聚集导致溶液颜色发生变化，建立了一种对水中cd2+快速检测的方法，该方法选择性好、操作简单、检测时间短、仪器价廉，灵敏度较高，能够满足水中cd2+的检测。当前第1页12当前第1页12