基于计时策略的二价铜离子检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法。利用Cu

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米化学传感
，具体涉及一种基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法。
技术介绍
铜是人体和动物生理必需的微量元素，但摄入量不足或过量摄入都会影响人体正常的生理功能。此外，铜对水生生物的毒性很大，且游离二价铜离子（Cu2+）的毒性比其配合物的毒性大。我国饮用水标准规定水中Cu2+离子含量低于20μM。加拿大、美国和欧洲联盟规定，饮用水中Cu2+离子的浓度分别不得超过15μM、20μM和30μM。为保障食物、水和环境中的Cu2+离子不影响人体健康和其他生物的生命安全，对食物、水和环境中的痕量Cu2+离子进行定量检测意义重大。现有的Cu2+检测技术主要包括有原子吸收光谱法、电化学分析法、荧光分光光度法、化学发光法、紫外可见分光光度法等。然而，这些方法普遍存在操作步骤繁琐费时、定量分析时必须依赖价格昂贵且体积庞大的分析仪器、不能用于现场分析及即时检测等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法。本专利技术的思路：研究显示某一浓度的2-（N-吗啉）乙磺酸（MES）溶液在弱酸性环境下可缓慢还原氯金酸溶液原位生成红色纳米金溶液。本专利技术发现在Cu2+存在下，上述氧化还原反应的反应速率可得到显著提高，快速获得红色纳米金溶液。Cu2+浓度与红色纳米金溶液原位形成时间成反比关系，通过使用基于电池驱动的廉价小型计时器代替原子吸收光谱仪、电化学分析仪、荧光分光光度计法、化学发光仪、紫外可见分光光度计等价格昂贵且缺乏便携性的分析仪器进行信号（原位形成红色纳米金溶液所需时间）读取，即可实现低成本便携式Cu2+的准确定量分析。具体步骤为：(1)在弱酸性2-(N-吗啉)乙磺酸(MES)水溶液中依次加入含有Cu2+的溶液及氯金酸水溶液，充分混合，形成氯金酸浓度为100~400μM的混合溶液。(2)将步骤(1)形成的混合溶液通过氧化还原反应原位生成纳米金，用肉眼观测混合溶液的颜色变化，同时使用便携式计时器记录自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈现红色所需的时间，该时间与Cu2+的浓度呈负相关，从而实现Cu2+的免仪器计时检测。所述弱酸性2-(N-吗啉)乙磺酸水溶液是指浓度范围在1~1.5mM且pH值范围在5.5~6.8的MES水溶液。所述含有Cu2+的溶液中的Cu2+为目标分析物或者通过化学反应及生物反应产生的二级分析物。所述便携式计时器为电池供电的具有计时功能的廉价小型设备，包括市面上常见的电子计时器、具有计时功能的手机和具有计时功能的手持式小型设备中的一种。与现有的Cu2+检测方法相比，本专利技术的突出优点在于：1）整个Cu2+分析过程中的操作极为简单(仅涉及三种溶液的混合步骤)。2）仅需肉眼观测溶液颜色的改变，并使用价格低廉的小型计时器即可进行便携式定量信号读取，从而在极大降低分析成本的同时还能实现Cu2+的现场分析和即时检测。3）本专利技术可直接推广应用于医学诊断、环境监测、食品安全等诸多领域里各类型样本中Cu2+分析物或以该金属离子为二级分析物的蛋白质、核酸等其他目标分析物的简单、经济、快速、灵敏、特异的定性与定量检测。附图说明图1为本专利技术基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法的原理示意图。图中标记：1-检测试管；2-无色缓冲溶液；3-MES；4-Cu2+；5-氯金酸；6-电子计时器；7-纳米金；8-含有纳米金的红色溶液。图2为本专利技术实施例1中使用基于计时策略的免仪器Cu2+检测方法分析20μM含有Cu2+的样本溶液所得信号时间值与空白样本所得空白时间值的比较。时间值为计时器记录的自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈现红色所需的时间。图3为本专利技术实施例2中使用基于计时策略的免仪器Cu2+检测方法分析一系列含有不同浓度Cu2+的样本时所得信号时间值（tCu2+）分别减去图2中空白时间值（tblank）的时间差值（∆t）与Cu2+浓度的Log值（LogCCu2+）之间的工作曲线。时间值为计时器记录的自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈现红色所需的时间。具体实施方式以下实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。实施例1:使用基于计时策略的免仪器Cu2+检测方法分析20μM含有Cu2+的样本溶液与空白样本（不含Cu2+的超纯水）。具体实施过程如下：如图1所示，本实施例的具体步骤为：步骤一，环境温度下，在1个1.5mL的塑料试管中依次加入750μL1.3mM的MES水溶液（预先使用1M氢氧化钠水溶液将其pH值调节至6）、100μL20μM的Cu2+样本溶液（硫酸铜（CuSO4）水溶液）以及5μL28mM的氯金酸（HAuCl4）水溶液，并摇动试管使溶液混合均匀；步骤二，肉眼观测上述混合溶液的颜色变化，同时使用市售便携式电子计时器记录自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈现红色所需的时间。根据相同的步骤，将20μMCu2+样本溶液换成空白样本，即超纯水（电阻率为18.2MΩ·cm），并使用便携式计时器记录自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈现红色所需的时间。从图2可以看出，检测空白样本所得的空白时间值长达100min，而检测20μM的Cu2+样本溶液所得的信号时间值显著降低，仅为15min。这是因为MES在弱酸性环境下需要较长时间来缓慢还原氯金酸原位生成红色纳米金溶液；而在Cu2+存在下该氧化还原反应速率显著提高，从而在较短时间里快速获得红色纳米金溶液。图2中的对比实验结果表明，基于计时策略的免仪器Cu2+离子检测方法切实可行。实施例2:使用基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法分析浓度范围为6.4nM~100μΜ的Cu2+样本溶液。具体实施过程如下：如图1所示，本实施例中每个铜离子样本分析的具体步骤为：步骤一，环境温度下，在1个1.5mL的塑料试管中依次加入750μL1.3mM的MES水溶液（预先使用1M氢氧化钠水溶液将其pH值调节至6.5）、100μL20μM的Cu2+样本溶液（硫酸铜（CuSO4）水溶液）以及5μL28mM的氯金酸（HAuCl4）水溶液，并摇动试管使溶液混合均匀；步骤二，肉眼观测上述混合溶液的颜色变化，同时使用市售便携式电子计时器记录自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈现红色所需的时间（信号时间值，tCu2+）。将所有样本的tCu2+分别减去实施例1中的空白时间值（tblank）所得的时间差值（∆t）对Cu2+浓度的Log值（LogCCu2+）作图（图3），即完成基于计时策略的二价铜离子检测。由图3可知，随着Cu2+浓度的增加，相应的信号时间值与实施例1中的空白时间值的差值，即∆t值逐渐增大。这是因为，当样本中Cu2+浓度较大时，其在相同时间里提高MES-氯金酸氧化还原反应速率的性能越强，从而使形成红色纳米金溶液的时间越短，与空白时间值的差值（∆t）越大。此外，图3显示，利用廉价便携式计时器量测所得∆t值与Cu2+浓度的Log值（LogCCu2+）在两个浓度范围内呈现良好的线性关系，即6.4nM~800nM和800nM~100μΜ。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法，其特征在于具体步骤为：(1)在弱酸性2‑(N‑吗啉)乙磺酸水溶液中依次加入含有Cu2+的溶液及氯金酸水溶液，充分混合，形成氯金酸浓度为100~400 μM的混合溶液；(2)将步骤(1)形成的混合溶液通过氧化还原反应原位生成纳米金，用肉眼观测混合溶液的颜色变化，同时使用便携式计时器记录自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈现红色所需的时间，该时间与Cu2+的浓度呈负相关，从而实现Cu2+的免仪器计时检测；所述弱酸性2‑(N‑吗啉)乙磺酸水溶液是指浓度范围在1~1.5mM且pH值范围在5.5~6.8的MES水溶液；所述含有Cu2+的溶液中的Cu2+为目标分析物或者通过化学反应及生物反应产生的二级分析物；所述便携式计时器为电池供电的具有计时功能的廉价小型设备，包括市面上常见的电子计时器、具有计时功能的手机和具有计时功能的手持式小型设备中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种基于计时策略的免仪器二价铜离子检测方法，其特征在于具体步骤为：(1)在弱酸性2-(N-吗啉)乙磺酸水溶液中依次加入含有Cu2+的溶液及氯金酸水溶液，充分混合，形成氯金酸浓度为100~400μM的混合溶液；(2)将步骤(1)形成的混合溶液通过氧化还原反应原位生成纳米金，用肉眼观测混合溶液的颜色变化，同时使用便携式计时器记录自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈现红色所需的时间，该时间与Cu...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，聂瑾芳，杨娟华，熊秋梅，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西;45