一种利用CTAB改善反应微环境进行铜离子定性及定量检测的检测方法与流程

本发明属于分析检测领域，具体涉及一种利用ctab改善反应微环境进行铜离子定性及定量检测的检测方法。

背景技术：

铜离子(cu²⁺)是人体必需的微量元素，在各种生理过程中具有重要作用。人体缺乏cu²⁺可能影响酶活性和细胞代谢，而高水平的cu²⁺又会导致严重的胃肠道紊乱，肾脏损害的肝脏，引起各种神经疾病，严重影响人体健康。目前各国对饮用水中cu²⁺的浓度含量都有明确的限定值，我国对饮用水的标准规定，铜离子的含量不得超过20μmol/l。尽管目前对cu²⁺的检测方法有很多，但仍然迫切需要具有简便快速、环境友好且高灵敏特异性强的cu²⁺定量的方法，以便对环境和人类健康风险进行有效评估。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种方法简单、快速、现象直观的利用ctab改善反应微环境进行铜离子定性分析的检测方法。

本发明的目的之二在于提供一种方法简单、选择性强、灵敏度高的利用ctab改善反应微环境进行铜离子定量检测的检测方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种利用ctab改善反应微环境进行铜离子定性分析的检测方法，利用铜离子对过氧化氢的催化作用，在碱性条件下，在待测溶液、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)以及过氧化氢的混合反应体系中，加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)作为胶束剂，通过目视法观察溶液是否变黄，实现对待测溶液中铜离子的定性分析。

一种利用ctab改善反应微环境进行铜离子定量检测的检测方法，利用铜离子对过氧化氢的催化作用，在碱性条件下，在待测溶液、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)以及过氧化氢的混合反应体系中，加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)作为胶束剂，利用紫外分光光度计测定反应后的溶液在405nm处的吸光度值，实现对待测溶液中铜离子的定量检测。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

(1)现有技术中，基于tmb-h2o2的各种酶催化反应和类酶催化反应基本上都是在酸性条件下进行，通常条件下该显色反应在碱性条件下极难进行。本发明中，ctab的引入可以使tmb-h2o2该实验体系原本遇到的诸多问题都迎刃而解：1)ctab的存在使得tmb及其反应产物在碱性环境中得到极大稳定；2)有效抑制了二价铜离子的水解；3)提供一个相对稳定的碱性环境，加速二价铜离子被过氧化氢氧化为一价铜离子的速度，同时使得tmb迅速被还原，在带正电的环境中显出明显的亮黄色。而没有ctab存在时，该显色反应无法进行。

(2)现有技术中，基于tmb-h2o2的各种酶催化反应和类酶催化反应基本上都是在酸性条件下进行，且溶液显色后必须马上进行测试，否则会因溶液的吸光度值迅速降低而导致检测结果不准确。本发明中添加十六烷基三甲基溴化铵后，该显色反应得到极大稳定，溶液显色后48小时内都没发现变混浊或者褪色的现象。

(3)由于其他金属离子在该碱性微环境中与过氧化氢的反应被钝化，使得该检测方法具有很强的抗干扰能力。实验不需要添加额外的掩蔽剂，即可对铜离子进行快速检测。

(4)本发明的利用ctab改善反应微环境进行铜离子定量检测的检测方法，操作简单、检测灵敏度高且选择性良好。具有简便快速、成本低廉、灵敏稳定等优点，因此，本发明提出的铜离子检测法有望在环境、食品等实际样品的检测中得到进一步应用。

附图说明

图1是本发明实施例一中不同浓度铜离子标准溶液反应后各溶液显色状态图。

图2本发明实施例一中各溶液紫外吸收光谱随铜离子浓度变化图。

图3是与图2对应的标准曲线图。

图4是不同季铵盐类表面活性剂下的检测响应对比图及显色状态图。

图5是实施例三溶液中含有不同物质的吸光度值对比图及显示状态图。

图6是本发明中对于不同金属离子的选择性测试图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：

本发明的发明人在科研实践中发现：1)在碱性缓冲条件下往tmb-h2o2反应体系中加入少量ctab，能明显促进铜离子催化tmb-h2o2的反应，使溶液在短时间内迅速变黄，且铜离子浓度越高，溶液的颜色也越深。说明，在碱性条件下，在十六烷基三甲基溴化铵提供的纳米胶束微环境中，铜离子类芬顿反应活性明显增强。2)常规的tmb-h2o2显色体系面临容易褪色的问题，而本发明的显色体系中由于ctab的胶束稳定作用，溶液颜色可以保持长时间的稳定，使检测结果更稳定可靠。

因此，本发明利用以上几点发现，构建了快速简便、灵敏度高、抗干扰性强的铜离子定性及定量检测方法：

一种利用ctab改善反应微环境进行铜离子定性分析的检测方法，利用铜离子对过氧化氢的催化作用，在碱性条件下，在待测溶液、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)以及过氧化氢的混合反应体系中，加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)作为胶束剂，通过目视法观察溶液是否变黄，实现对待测溶液中铜离子的定性分析。

所述的利用ctab改善反应微环境进行铜离子定性分析的检测方法，它包括以下步骤：待测溶液与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，再在常温下静置5-30min，之后观察溶液是否变黄，若溶液变黄，说明待测溶液中有铜离子存在。

其中，所述磷酸盐缓冲液ph值为7.5-9.0。

待测溶液与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，形成的混合液中，ctab的浓度为0.3-0.9mg/ml，tmb的浓度为0.15-0.5mm，h2o2的浓度为0.15-2mm。

一种利用ctab改善反应微环境进行铜离子定量检测的检测方法，利用铜离子对过氧化氢的催化作用，在碱性条件下，在待测溶液、3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)以及过氧化氢的混合反应体系中，加入十六烷基三甲基溴化铵(ctab)作为胶束剂，利用紫外分光光度计测定反应后的溶液在405nm处的吸光度值，实现对待测溶液中铜离子的定量检测。

所述的利用ctab改善反应微环境进行铜离子定量检测的检测方法，它包括以下步骤：

(1)标准曲线的建立：将一系列不同浓度的铜离子标准溶液分别与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，再在常温下静置5-30min；之后，用紫外分光光度计在室温下分别测定上述各溶液在405nm处的吸光度值，据此建立铜离子浓度-吸光度值标准曲线，进一步获得吸光度值与铜离子浓度的线性回归方程；

(2)待测液检测：将待测溶液与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，再在常温下静置5-30min；之后，用紫外分光光度计在室温下测定该溶液在405nm处的吸光度值，将该吸光度值带入步骤(1)所获得的线性回归方程式中，经计算得待测液中铜离子的浓度。

其中，所述磷酸盐缓冲液ph值为7.5-9.0。

步骤(1)中，铜离子标准溶液与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，形成的混合液中，ctab的浓度为0.3-0.9mg/ml，tmb的浓度为0.15-0.5mm，h2o2的浓度为0.15-2mm。

步骤(2)中，待测溶液与含有ctab、tmb以及h2o2的磷酸盐缓冲液充分振荡混合后，形成的混合液中，ctab的浓度为0.3-0.9mg/ml，tmb的浓度为0.15-0.5mm，h2o2的浓度为0.15-2mm。

以下结合具体实施例对本发明作更细致地阐述：

实施例一：

(1)利用二次水作为溶剂，配制一系列浓度分别为2、4、8、16、20、40、60、80、120、160、200、240、300μm的铜离子标准溶液各500μl，之后向各铜离子标准溶液中，分别加入500μl含有1mg/mlctab、0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)并充分振荡混合，静置10min，观察各铜离子标准溶液对应的反应后的溶液颜色(具体显色状态见图1)；装有这13个铜离子标准溶液对应的反应后溶液的样品管分别编号为a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m，从图1可以看出，样品管a至m中的溶液颜色均为黄色，其中，样品管a至d中的溶液颜色为微黄色，样品管e、f、g、h中溶液颜色呈淡黄色，而样品管i、j中溶液颜色呈黄色，而样品管k、l、m中溶液颜呈深黄色。由此可知，随着铜离子浓度的增加，整个反应体系的溶液颜色越来越深。

(2)用紫外分光光度计在室温下分别检测上述各铜离子标准溶液对应的反应后溶液在405nm处的可见光吸光度值(溶液a至m的紫外可见吸收光谱随铜离子浓度变化情况如图2所示)，由此方法获得铜离子浓度-吸光度值标准曲线(如图3所示)，进一步获得吸光度值与铜离子浓度的线性回归方程y＝0.0093x+0.0537，r²＝0.9968，其中，y为吸光度值，x为反应溶液中铜离子的浓度。该检测方法检测灵敏度可达1μm，检测线性范围为20-100μm。

(3)待测液的测定：将待测溶液按类似上述步骤(1)的方法处理。取500μl待测液加入到500μl含有1mg/mlctab、0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置10min后，溶液呈微黄色；之后，得到的溶液再经紫外可见分光光度计在室温下检测其405nm处的吸光度值为0.108，将该值代入步骤(2)所建立的线性回归方程中，经计算得反应溶液中铜离子浓度为5.839μm，因在检测过程中待测液是按2倍稀释，所以待测液中铜离子实际浓度为11.68μm。

具体计算方法为：0.108＝0.0093x+0.0537，解得x＝5.839μm，待测液中铜离子浓度为11.68μm。

(4)江水中铜离子的检测：将某江的江水用0.22μm微孔过滤膜过滤，再按上述步骤(3)的方法处理，最后结果经由步骤(2)所得到的线性回归方程计算，得到该江水中铜离子的浓度为25μm。

实施例二：为了探究本发明检测方法中ctab所起的作用，本发明的发明人采用本发明方法对同一浓度的铜离子标准溶液进行了测定，测定方法具体为：

①取500μl浓度为200μm的铜离子标准溶液，加入到500μl含有0.9mmtmb和1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置20min以上；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

②取500μl浓度为200μm的铜离子标准溶液，加入到500μl含有1mg/mlctab、0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置10min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

③取500μl浓度为200μm的铜离子标准溶液，加入到500μl含有1mg/ml十二烷基三甲基溴化铵和0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置20min以上；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

④取500μl浓度为200μm的铜离子标准溶液，加入到500μl含有1mg/ml溴化十二烷基吡啶和0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置20min以上；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

测试结果如图4所示，图4为溶液不含表面活性剂及含有不同种类阳离子表面活性剂的吸光度值对比图，其中溶液变黄、吸光度值最大的溶液为加入1mg/mlctab的反应后溶液。由图4显示的结果可知，ctab的存在可以明显增强铜离子催化过氧化氢氧化tmb的反应，而没有ctab以及其他两种季铵盐类表面活性剂均没有这个作用。

实施例三：为了探究本发明检测方法中含有不同物质时的显色情况并确定该反应的原理，本发明的发明人对含有不同物质的溶液进行了测定，测定方法具体为：

①取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的h2o2和10μl0.1m的tmb，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

②取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的h2o2和10μl0.1m的tmb，继续加入10μl浓度为10mm铜离子标准溶液，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

③取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的h2o2、10μl0.1m的tmb和100μl10mg/ml的ctab，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

④取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的h2o2、10μl0.1m的tmb和100μl10mg/ml的ctab，继续加入10μl浓度为10mm铜离子标准溶液，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

⑤取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的tmb和100μl10mg/ml的ctab，继续加入10μl10mm铜离子标准溶液，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

⑥取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入100μl10mg/ml的ctab，继续加入10μl10mm铜离子标准溶液，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

⑦取1000μl磷酸盐缓冲液(10mm，ph8.0)，加入10μl0.1m的h2o2、10μl0.1m的tmb和100μl10mg/ml的ctab，继续加入10μl浓度为1mm铜离子标准溶液，充分振荡混合后，静置20min；之后观察溶液变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

测试结果如图5所示，图5为溶液含有不同物质的吸光度值对比图。由图5显示的结果可知，只有步骤④与步骤⑦的反应溶液显色，且步骤④的反应溶液颜色较步骤⑦的反应溶液颜色深，说明只有在ctab存在下的tmb-h2o2反应体系中加入铜离子后，溶液才能发生显色反应，且显出的颜色和铜离子的浓度大小密切相关。

实施例四：选择性测试试验：

为了探究本发明的检测方法对不同金属离子响应的情况，本发明的发明人利用该方法对不同金属离子溶液进行了测定，测定方法具体为：

分别取浓度为200μm的cu²⁺标准溶液、1.0mm的fe³⁺标准溶液、1.0mm的fe²⁺标准溶液、1.0mm的pb²⁺标准溶液、1.0mm的zn²⁺标准溶液、1.0mm的mg²⁺标准溶液、1.0mm的k⁺标准溶液、1.0mm的na⁺标准溶液、1.0mm的cr³⁺标准溶液、1.0mm的cd²⁺标准溶液、1.0mm的mn²⁺标准溶液、1.0mm的ag⁺标准溶液以及1.0mm的co²⁺标准溶液各500μl，加入到500μl含有1mg/mlctab、0.9mmtmb、1mmh2o2的磷酸盐缓冲液(20mm，ph8.0)中，并充分振荡混合，静置10min；之后观察各溶液的变色情况，再经紫外分光光度计在室温下检测各溶液反应产物在405nm处的吸光度值。

测试结果如图6所示，图6为实施例四中对于不同金属离子的选择性测试紫外吸收图及显色图。从测试的结果可知，只有cu²⁺显黄色，其他金属离子均不显色，说明本发明的检测方法具有良好的选择性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本发明的保护范围。