Au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料在检测汞离子中的用途的制作方法

本发明涉及au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料的用途。

背景技术

重金属离子具有严重的毒性，强的生物累积性，非自然降解和复杂来源等特点，对生态环境和人类健康造成严重破坏。由各种天然来源和工业废物产生的汞离子(hg²⁺)被广泛认为是最危险的污染物之一。毒理学研究证实hg²⁺对大脑、肾脏、中枢神经系统、免疫系统和内分泌系统造成极大的损害，近年来，检测水生系统中有毒hg²⁺的含量引起了人们的关注。因此，开发一种高效便捷廉价的分析方法用于hg²⁺的高灵敏度、高选择性的检测，具有重要的现实意义。

目前，对hg²⁺的检测主要依赖于微谱分析(ms)、原子吸收法(aas)、原子荧光法(afs)、电感耦合等离子体法(icp)、x荧光光谱(xrf)、电感耦合等离子质谱法(icp-ms)和电化学方法(cv)。虽然这些方法的检测精密度高，但是这些分析方法的仪器比较昂贵、运行费用高，对检测条件的要求较高，样品的前处理比较麻烦，整个过程比较费时费力，造成不适用于大规模的现场快速检测。

技术实现要素：

本发明的目的在于根据上述背景技术的现状，提供了一种au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料的用途，以实现对hg²⁺的低成本、快速简便定量、半定量检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料在检测hg²⁺中的用途。

所述au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料可通过包括如下步骤制得：将聚乙烯亚胺的乙醇溶液与氯金酸钠的乙醇溶液混合均匀后，加入硼氢化钠，还原生成au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料。

优选地，氯金酸钠与聚乙烯亚胺的质量比为1:1～10，优选地质量比为1:5。

优选地，所述聚乙烯亚胺的重均分子量为20000～30000，更优选地聚乙烯亚胺的重均分子量为25000。

用au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料检测hg²⁺的步骤包括：

向柠檬酸和磷酸氢二钠的缓冲溶液中加入au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料、待检测的样品溶液、h2o2和显色剂3,3',5,5'-四甲基联苯胺，然后记录混合后溶液的颜色或测定混合后溶液的吸光度，得出样品溶液中hg²⁺的浓度。

采用上述相同步骤对系列浓度的hg²⁺标准溶液进行检测，制作与浓度对应的标准颜色图片或者浓度与吸光度的标准曲线。通过标准颜色图片或标准曲线，判断待检测的样品溶液hg²⁺的浓度。

优选地，所述柠檬酸和磷酸氢二钠的缓冲溶液的ph为3.5～4.5，更优选地ph为4。

优选地，按加入h2o2后，溶液中h2o2的浓度为0.05～0.55mol/l，优选地浓度为0.50mol/l。

优选地，按加入显色剂3,3',5,5'-四甲基联苯胺后，溶液中3,3',5,5'-四甲基联苯胺的浓度为0.05～0.25mmol/l，优选地浓度为0.20mmol/l。

优选地，按加入au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料后，溶液中au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料以au计的浓度为0.1～1μmol/l，优选地浓度为0.5μmol/l。

优选地，测定混合后溶液在652nm处的吸光度，检测温度为35℃。

本发明au纳米颗粒/pei复合材料检测hg²⁺的原理：在柠檬酸和磷酸氢二钠的缓冲溶液中，由于柠檬酸盐具有弱的还原性，将hg²⁺还原为hg⁰，还原后的hg⁰附着在au/pei复合材料中的au纳米颗粒表面，形成au-hg合金，该合金催化h2o2产生·oh，·oh通过夺去显色剂tmb的电子，使tmb变为oxtmb，溶液的颜色由无色变为蓝色，从而实现对hg²⁺的检测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明au/pei复合材料的tem图。

图2为本发明检测溶液在500-750nm范围内的紫外可见光谱图。

图3为本发明检测条件的优化结果，其中：a为检测温度的优化结果；b为ph值的优化结果；c为tmb浓度的优化结果；d为h2o2浓度的优化结果。

图4为本发明hg²⁺检测方法对16种金属离子的选择性实验结果。

图5为本发明hg²⁺检测方法对16种金属离子的抗干扰实验结果。

图6为本发明hg²⁺检测方法的线性图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

1、au/pei复合材料的制备及表征

将1gpei(聚乙烯亚胺，重均分子量：25000)溶于100ml无水乙醇中，取2.5ml上述溶液于100ml圆底烧瓶中，再加入20ml无水乙醇，磁力搅拌下，缓慢加入5ml溶有5mg氯金酸钠的乙醇溶液，搅拌2小时，再加入1ml溶有10mg硼氢化钠的乙醇溶液，持续搅拌4小时后，旋转蒸发掉大部分的溶剂，用石油醚/乙醇洗掉过量的pei和硼氢化钠，再用少量乙醇除去石油醚，置于室温下让乙醇自然挥发干，最后将其分散于1ml的去离子水中保存，通过icp-ms测定au纳米颗粒/聚乙烯亚胺复合材料中au的含量为10mmol/l，au/pei复合材料的透射电镜如图1，左边为au/pei复合材料的透射电镜图，插图为au纳米颗粒的粒径分布，其粒径主要在3.6±0.4nm；右图为高倍透射电镜图，从图中可知au纳米颗粒的晶格间距为0.23nm，晶面是200面。

2、溶液的可见吸收光谱

取两只相同的石英比色皿,以下测定时比色皿中溶液的体积都为2ml，一只中依次加入柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液(25mmol/l，1850μl)，au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，tmb(20mmol/l，20μl)，h2o2(10mol/l，100μl)，另一只中不加hg²⁺作为对照，采用uv-vis光谱仪扫描两个比色皿在500-750nm之间的吸收光谱，结果如图2所示。从图2中可以看出，加有hg²⁺的比色皿中溶液在652nm处出现最大吸收峰，而未加hg²⁺的比色皿中溶液在500-750nm范围内没有吸收，因此，本发明以652nm作为hg²⁺定量检测的最佳吸收波长。

3、hg²⁺检测条件的优化：

(1)温度的优化：在比色皿中，依次加入柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液(25mmol/l，1850μl)，au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，tmb(20mmol/l，20μl)和h2o2(10mol/l，100μl)，在20-45℃(20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃)的不同温度下测定溶液在652nm处的吸光度，结果如图3a所示，温度为35℃时溶液的吸光度最大，故选择最佳温度为35℃。

(2)ph值的优化：配制浓度为25mmol/l，ph分别为2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7的柠檬酸和磷酸氢二钠的缓冲溶液，再向不同ph的缓冲溶液(1850μl)分别依次加入au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，tmb(20mmol/l，20μl)和h2o2(10mol/l，100μl)。温度在35℃下，测定不同ph下溶液在652nm处的吸光度随ph的变化情况。结果如图3b所示，ph为4时溶液的吸光度最大，故选择最佳ph为4。

(3)tmb浓度的优化：在ph为4，温度为35℃条件下，在1850μl柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液中，依次加入au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，h2o2(10mol/l，100μl)和不同浓度(0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25mmol/l，按加入后的浓度计算)的tmb，测定比色皿中溶液在652nm处的吸光度，结果如图3c所示，溶液中tmb浓度为0.20mmol/l时溶液的吸光度最大，故选择最佳tmb浓度为0.20mmol/l。

(4)h2o2浓度的优化：在ph为4，温度为35℃条件下，在1850μl柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液中，依次加入au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，tmb(20mmol/l，20μl)和不同浓度(0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.55mol/l，按加入后的浓度计算)的h2o2。结果如图3d所示，溶液中h2o2浓度为0.50mol/l时溶液的吸光度最大，故选择最佳h2o2浓度为0.50mol/l。

综上，本发明检测方法的最佳反应条件为：柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液的浓度为25mmol/l，ph为4，温度为35℃，tmb的浓度为0.20mmol/l，h2o2的浓度为0.50mol/l。

实际检测过程中由于含hg²⁺的待测样品来源不一，成分复杂，因此，为了验证本发明方法对含hg²⁺样品溶液的普适性，下面进行hg²⁺的选择性实验和抗干扰实验。

4、选择性实验

分别制备2mmol/l的na⁺，k⁺，nh4⁺，ca²⁺，cu²⁺，co²⁺，fe²⁺，ni²⁺，cd²⁺，mn²⁺，pb²⁺，mg²⁺，zn²⁺，al³⁺，cr³⁺，fe³⁺和hg²⁺的溶液；在石英比色皿中依次加入柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液(25mmol/l，1850μl)，au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，tmb(20mmol/l，20μl)，h2o2(10mol/l，100μl)，再分别加入上述16种离子的溶液(20μl)，反应6min后分别测定溶液在652nm处的吸光度，结果如图4，从图4中可以看出，本发明对hg²⁺具有很好的选择性。

5、抗干扰实验

分别制备与选择性实验中相同的16种金属干扰离子溶液，在石英比色皿中依次加入柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(25mmol/l，1850μl)，接着依次加入au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，20μl干扰离子中的一种或者20μl干扰离子中的一种和hg²⁺(1.0mmol/l，20μl)，h2o2(10mol/l，100μl)和tmb(20mmol/l，20μl)，反应6min后分别测定溶液在652nm处的吸光度，结果如图5所示。从图5中可以看出，未加hg²⁺的溶液在652nm处有较弱的吸收，而加入hg²⁺后溶液在652nm处具有很强的吸收，表明采用本发明方法检测hg²⁺对其他16种金属离子具有很好的抗干扰性。

6、本发明hg²⁺半定量或定量检测的具体过程：

(1)建立hg²⁺的肉眼可视化半定量或定量检测标准：

在石英比色皿中加入柠檬酸和磷酸氢二钠缓冲溶液(25mmol/l，1850μl)，接着依次加入au/pei复合材料溶液(100μmol/l，10μl)，h2o2(10mol/l，100μl)，tmb(20mmol/l，20μl)和加入hg²⁺后得到溶液中不同浓度的hg²⁺(0，0.5，1，2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28和30nmol/l)，分别记录溶液颜色和保存图像，并测定溶液在652nm处的吸光度，以吸光度(y)为纵坐标，hg²⁺浓度(x，nmol/l)为横坐标得到线性回归方程如图6所示，线性方程为：y＝0.0129x+0.0644，r²＝0.9974，线性范围为：0.5-30nmol/l。

在最佳实验条件下，以未加入hg²⁺的反应液为空白溶液，按上述实验方法平行测定16组空白溶液在652nm下的吸光度值，按3б/k计算(б为16次空白溶液的标准偏差，k为线性方程的斜率)得本发明方法检测限为0.69nmol/l。

(2)检测样品溶液中的hg²⁺：

按照(1)中方法对3个含hg²⁺的样品溶液进行检测，记录溶液颜色，然后与(1)中图像颜色(也即标准颜色图片)比较对照，确定hg²⁺的浓度范围，从而对含hg²⁺样品溶液进行可视化半定量检测；若想进一步实现定量检测，则测定3个含hg²⁺的样品溶液在652nm处的吸光度值分别为0.153，0.303和0.421，根据线性方程y＝0.0129x+0.0644得到待测样品溶液中hg²⁺的浓度分别为6.7nmol/l，18.5nmol/l和27.6nmol/l。

另外，若样品溶液的浓度超出本发明方法的检测范围，可对样品溶液进行一定程度的稀释后进行检测，然后根据稀释倍数反推出样品溶液中hg²⁺的浓度。

如未特别说明，本发明au/pei复合材料溶液的浓度均以au计。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。