一种纳米复合材料、制备方法及其在比色检测金属汞离子中的应用与流程

本发明属于纳米复合材料制备领域，具体涉及一种纳米复合材料、制备方法及其在比色检测金属汞离子中的应用。

背景技术：

1、水、土壤、空气、食品和化妆品等都存在重金属离子的污染，如果这些污染不能得到正确处理，将会对人体生命健康和人类生存环境都构成非常巨大的破坏。在重金属离子污染中，汞离子(hg2+)由于毒性大、分布广已被世界卫生组织列为十大危害人体健康化学物质之一。hg2+很难被环境和生物降解，容易通过食物链的富集最后进入人体，损害人体的组织和器官，严重情况下还会引发神经系统综合症——水俣病。由于hg2+的危害，世界卫生组织(who)将饮用水中允许hg2+浓度的最高不能高于30nm(6μg/l)[2]。然而，由于人类采矿活动、城市化的快速推进和金属废弃物的放置，环境中hg2+的含量不断增加。因此，对于hg2+检测技术的开发已迫在眉睫。

2、过去几十年里，传统定量hg2+的方法大多是使用原子吸收光谱法和电感耦合等离子发射光谱法。这两种检测方法具有检测限低和检测误差小的优点，但是存在着检测仪器操作繁琐、购买资金昂贵、检测过程耗时并且需要专业人员进行检测等缺点。因此，建立一种简单、灵敏度高、选择性好且具有经济效益的hg2+检测技术十分必要。

3、目前，随着纳米材料的飞速发展，具有类酶催化性能的纳米材料(纳米酶)也已经成为开发检测新方法的热点材料。纳米酶基的比色法由于具有操作简单、成本低和分析速度快等优点受到了科研人员的广泛关注。纳米酶是一类具有类酶活性的纳米材料，由于具有稳定性高、催化性能好、制备简便和具有经济效益等优点，成为了替代天然酶的理想材料。纳米酶基比色法是通过筛选不同的材料作为显色底物，再加入响应物质和具有催化性能的纳米材料后呈现出的颜色变化来达到定量或半定量分析的方法。目前，已有许多结构化和功能化的纳米酶被报道可用于比色检测hg2+，例如，fe3o4@zif-67，多孔碳@壳聚糖修饰银纳米颗粒，b、n共掺杂碳点，多孔氧化铈纳米棒，ag2s@氧化石墨烯,snte纳米带等。

4、基于以上理论研究，构建了nsc/co6ni3s8纳米复合材料。经过类酶活性评价后，发现这种纳米复合材料具有类氧化酶活性，而没有类过氧化物酶活性。在没有h2o2的情况下也可以催化tmb氧化为oxtmb，达到比色检测的目的，并且由于不需要加入h2o2，因此检测方法更加绿色环保。在体系中加入hg2+的情况下，nsc/co6ni3s8的类酶活性大幅增强，在经过特异性研究后得出其具有比色检测hg2+的能力。最后，结合智能手机软件，构建了一款基于nsc/co6ni3s8的即时比色检测河水hg2+的平台。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纳米复合材料、制备方法及其在比色检测金属汞离子中的应用，以解决上述背景技术中提出的存在检测仪器操作繁琐、购买资金昂贵、检测过程耗时并且需要专业人员进行检测等缺点的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有氧化酶活性的纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将三聚硫氰酸、海藻酸钠和无水柠檬酸溶解在去离子水中，室温条件下磁力搅拌获得均匀溶液a；(2)将ni(ch3coo)2·4h2o和co(ch3coo)2·4h2o溶解在去离子水中，制备成溶液b；(3)将溶液b缓慢加入溶液a中，所得混合溶液继续磁力搅拌，形成均匀混合相，然后通过冷冻干燥脱水形成浅黄色气凝胶；(4)将制备的气凝胶转移到氧化铝坩埚，放置在管式炉中，使用n2气流排出空气，随后在n2保护下以2℃/min的升温速率加热至500℃并保温30min，然后再以5℃/min的升温速率加热至800℃，保温120min；(5)待管式炉冷却至室温后，收集煅烧后的气凝胶，用超纯水洗涤三次，所得到的黑色产物在真空干燥箱中以60℃干燥6h，最终产物命名为nsc/co6ni3s8。

3、进一步地，所述步骤(1)具体为将5.0g三聚硫氰酸、1.0g海藻酸钠和0.5g无水柠檬酸溶解在100ml的去离子水中，室温条件下磁力搅拌12h获得均匀溶液a。

4、进一步地，所述步骤(2)具体为将0.17g的ni(ch3coo)2·4h2o和0.33g的co(ch3coo)2·4h2o溶解在100ml的去离子水中，制备成溶液b。

5、进一步地，所述步骤(3)中磁力搅拌的时间为10-15h，所述步骤(4)中使用n2气流排出空气持续15-30min。

6、进一步地，所述的纳米复合材料可用于比色检测河水中hg2+浓度。

7、一种利用所述的纳米复合材料检测河水中hg2+浓度的方法，包括如下步骤：

8、(1)比色hg2+标曲的制作：将100μl的hg2+(10-200μg/l，具体实验取值为10，20，40，60，80，100，150，200μg/l)、200μl tmb(10mm)和60μl nsc/co6ni3s8(1mg/ml)添加至1640μlnaac-hac缓冲溶液(20mm,ph＝3.6)；将混合液在40℃下孵育20min，然后用0.45μm的纤维素混合过滤器过滤掉nsc/co6ni3s8后，通过紫外分光光度计记录反应溶液在652nm处的吸光度值；将不同浓度的hg2+(10-100μg/l)及其对应的在652nm处的紫外吸光度值进行线性拟合，得到校准曲线：y＝5.37x+0.62(r2＝0.9686)，检出限为3μg/l；(2)河水样hg2+的比色测定：使用0.22μm混合纤维素滤膜对待测河水样进行过滤，以备比色使用；将1ml的河水样、200μltmb(10mm)和60μl nsc/co6ni3s8(1mg/ml)添加至640μl naac-hac缓冲溶液(20mm,ph＝3.6)；将混合液在40℃下孵育20min，然后用0.45μm的纤维素混合过滤器过滤掉nsc/co6ni3s8后，通过紫外分光光度计记录反应溶液在652nm处的吸光度值；加标河水样测定：将0.5ml河水样、0.5ml的hg2+(60μg/l，120μg/l)、200μl tmb(10mm)和60μl nsc/co6ni3s8(1mg/ml)添加至640μl naac-hac缓冲溶液(20mm,ph＝3.6)；加标河水样测定：将混合液在40℃下孵育20min，然后用0.45μm的纤维素混合过滤器过滤掉nsc/co6ni3s8后，通过紫外分光光度计记录反应溶液在652nm处的吸光度值；利用冷原子吸收测汞仪对河水样及加标后的河水样进行定量。

9、进一步地，还包括(3)app检测hg2+标曲的制作：将100μl的hg2+(10-100μg/l，具体实验取值为10，20，40，60，80，100μg/l)、200μl tmb(10mm)和60μlnsc/co6ni3s8(1mg/ml)添加至1640μl naac-hac缓冲溶液(20mm,ph＝3.6)；将混合液在40℃下孵育20min，然后用0.45μm的纤维素混合过滤器过滤掉nsc/co6ni3s8后，取200μl反应液加至96孔板中进行拍照测量；将图片中区域的灰度值与hg2+浓度绘制成标准曲线。hg2+浓度在10-100μg/l范围内，颜色的灰度值与hg2+浓度呈线性关系，线性回归方程为y＝-3.758x+740.705(r2＝0.963)；该方法的检出限(lod)是4μg/l。

10、进一步地，还包括：(4)取200μl河水样hg2+的比色测定中反应溶液加至96孔板中进行app拍照检测进行实际样品的定量。

11、本发明的有益效果：

12、(1)本发明通过溶胶凝胶法制备出n,s共掺杂碳/co6ni3s8(nsc/co6ni3s8)纳米复合材料进行催化性能的研究。通过氮气吸脱附实验和拉曼光谱测试，发现nsc/co6ni3s8具有较大的比表面积和有利于催化的无定形碳结构，经过类酶实验评价，验证了nsc/co6ni3s8具有类氧化酶活性。

13、(2)通过其他各种金属离子的干扰实验后得出该方法表现出优秀的特异性，线性范围为10-100μg/l，检出限低至3μg/l，符合实际监测所需检测限，具有很好的实际运用价值。

14、(3)通过自由基清除实验，epr光谱检测，·oh荧光探针实验和xps光谱分析，得出nsc/co6ni3s8能够实现比色检测hg2+的是因为其能在催化过程中产生·o2-使无色tmb氧化为蓝色oxtmb，在加入hg2+之后，材料表面会形成hgs，这使得原本纳米材料表面的金属阳离子暴露，活性位点增多，tmb的显色程度大大加深，从而达到定量检测的目的。

15、(4)结合智能手机应用程序，构建了一款可以即时检测hg2+的平台，检出限为4μg/l。将结合手机软件检测hg2+的方法与测汞仪检测值进行对比，得出基于智能手机软件的hg2+比色检测表现出较好的准确性，回收率高达92.4-108.1％。这些性能指标表明，新方法快速、低廉、准确，可以用于hg2+的检测。