本發(fā)明屬于環(huán)境分析化學(xué)領(lǐng)域，更具體地涉及一種修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法。

背景技術(shù)：

銻是一種公認(rèn)的有毒有害元素。銻在水、土壤和生物體等介質(zhì)中均有分布，其來(lái)源包括天然源和人為源，且以后者為主。長(zhǎng)期暴露銻，會(huì)引起人體內(nèi)代謝紊亂，導(dǎo)致多個(gè)系統(tǒng)的損害。因此，美國(guó)環(huán)保署和世界衛(wèi)生組織分別規(guī)定飲用水中銻的安全閾值為6.0和20μg/l。銻的毒性和它的形態(tài)密切相關(guān)。在環(huán)境中，無(wú)機(jī)形態(tài)的銻sb(iii)和sb(v)的量一般遠(yuǎn)高于有機(jī)形態(tài)的銻，而且sb(iii)的毒性約為sb(v)毒性的10倍。因此準(zhǔn)確測(cè)定sb(iii)具有重要意義，這也是研究其他銻形態(tài)的基礎(chǔ)。

由于較高的靈敏度和選擇性，電感耦合等離子體質(zhì)譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、氫化物發(fā)生-原子法原子吸收光譜法、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法等是目前測(cè)定銻的主要方法。但這些技術(shù)需要復(fù)雜貴重的儀器設(shè)備，運(yùn)行費(fèi)用較高，需有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)，不利于這些技術(shù)的廣泛推廣和野外現(xiàn)場(chǎng)分析?？梢暬瘷z測(cè)法具有操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，但其靈敏度較低，限制了其在無(wú)機(jī)銻離子痕量分析中的直接應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法，用于解決以上技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法，包括以下步驟：

步驟1、對(duì)納米金粒子表面進(jìn)行修飾，形成修飾納米金光學(xué)探針；

步驟2、基于修飾納米金光學(xué)探針，制備得到檢測(cè)液；

步驟3、將含有銻離子的樣品中的銻離子轉(zhuǎn)化為銻化氫分子；

步驟4、頂空萃取銻化氫分子至放置有檢測(cè)液的容器中；

步驟5、檢測(cè)放置有檢測(cè)液的容器，得到樣品中銻離子的含量；

其中，上述步驟中，步驟3與步驟1～2不分先后順序。

進(jìn)一步地，上述步驟1中采用還原劑還原氯金酸制備得到納米金粒子。優(yōu)選地，還原劑包括檸檬酸、聚乙烯基吡咯烷酮或硼氫化鉀；還原的反應(yīng)溫度為還原劑的爆沸點(diǎn)。

進(jìn)一步地，上述步驟1中，修飾納米金粒子表面的修飾劑包括脫氧核糖核酸、檸檬酸、三己基十四烷基氯化磷離子液體、半胱氨酸、巰基乙酸或巰基丙酸。

進(jìn)一步地，上述步驟2中，檢測(cè)液包括磷酸鹽緩沖液、修飾納米金光學(xué)探針和甲醇；其中磷酸鹽緩沖液的濃度為5～40nm，修飾納米金光學(xué)探針的濃度為0.5～3.25nm。

優(yōu)選地，上述磷酸鹽緩沖液的濃度為20nm，修飾納米金光學(xué)探針的濃度為2.5nm。

進(jìn)一步地，上述步驟3中，樣品中的銻離子與加入的硼氫化鉀和鹽酸反應(yīng)生成銻化氫分子，此時(shí)還向含有銻離子的樣品中加入掩蔽劑。

進(jìn)一步地，上述掩蔽劑包括乙二胺四乙酸、吡咯啶二硫代氨基甲酸銨或二乙胺基二硫代甲酸鈉。

進(jìn)一步地，上述硼氫化鉀的濃度為0～3g/l；鹽酸的體積濃度為0～10％。

優(yōu)選地，上述硼氫化鉀的濃度為0.6％g/l，所述鹽酸的體積濃度為0.01％。

進(jìn)一步地，上述步驟4中，頂空萃取采用的萃取劑包括甲醇、乙醇、四氯化碳或乙腈；頂空萃取時(shí)，采用的萃取溫度為25～140℃，萃取時(shí)間為5～90min，萃取過(guò)程中的攪拌速度為0～800rpm。

進(jìn)一步地，上述頂空萃取時(shí)，采用的萃取溫度為60℃，萃取時(shí)間為60min，萃取過(guò)程中的攪拌速度為500rpm。

進(jìn)一步地，上述步驟5中，檢測(cè)得到樣品中銻離子含量的方法包括可視化檢測(cè)法、目視比色法或紫外可見(jiàn)分光光度法。

本發(fā)明提出的修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法，與現(xiàn)有的檢測(cè)sb(iii)的方法相比，具有以下有益效果：

1、本發(fā)明提出的檢測(cè)方法，由于為氫化物頂空萃取和修飾納米金光學(xué)探針可視化檢測(cè)法的結(jié)合，因此靈敏度較高，用肉眼可實(shí)現(xiàn)6.0μg/l的sb(iii)的識(shí)別；

2、本發(fā)明提出的檢測(cè)方法，由于采用氫化物頂空萃取法，在萃取得到氫化物時(shí)加入有掩蔽劑，因此選擇性較好，基本不受環(huán)境常見(jiàn)離子的干擾；

3、本發(fā)明提出的檢測(cè)方法，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本低，可實(shí)現(xiàn)野外現(xiàn)場(chǎng)分析；可應(yīng)用于河水、湖水、地下水、海水等實(shí)際和加標(biāo)水樣中sb(iii)離子的測(cè)定，加標(biāo)回收率為80～120％。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中檢測(cè)銻離子的流程圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中鹽酸濃度與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中溶液酸度與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖；

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中納米金用量與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

近年來(lái)納米金粒子作為一種新型的光學(xué)探針，已在蛋白質(zhì)、dna和無(wú)機(jī)金屬離子等的檢測(cè)中得到較多應(yīng)用。然而，納米金光學(xué)探針抗干擾能力差，限制了其在復(fù)雜基體樣品中的應(yīng)用，這也成為納米金光學(xué)探針技術(shù)發(fā)展的一個(gè)瓶頸。

納米金光學(xué)探針的表面等離子體共振吸收與離子間距有很大關(guān)系。當(dāng)納米金粒子間距縮小至小于納米金粒徑時(shí)，長(zhǎng)波長(zhǎng)處的吸收增大，溶液表現(xiàn)為由紅色變?yōu)樽仙蛩{(lán)色。在可視化檢測(cè)中，待分析物可以通過(guò)剝除納米金表面的穩(wěn)定劑或直接鍵合在納米金表面等方式，改變納米金粒子的間距，引起膠體金溶液顏色的變化。這樣，通過(guò)溶液顏色變化的程度可確定待分析物的濃度。

在可視化檢測(cè)前，引入去除基質(zhì)干擾的方法是提高納米金光學(xué)探針實(shí)用性的有效途徑。氫化物發(fā)生頂空萃取法是一種非常有效的去除基體干擾的方法。目前基于氫化物發(fā)生頂空萃取-修飾納米金光學(xué)探針可視化檢測(cè)銻離子的方法尚未見(jiàn)報(bào)道。

本發(fā)明將氫化物發(fā)生頂空萃取和修飾納米金光學(xué)探針可視化檢測(cè)法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了μg/l水平的sb(iii)測(cè)定，并成功應(yīng)用于實(shí)際水樣中sb(iii)的準(zhǔn)確測(cè)定。

本發(fā)明公開(kāi)了修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法，包括以下步驟：

步驟1、對(duì)納米金粒子表面進(jìn)行修飾，形成修飾納米金光學(xué)探針；

步驟2、基于修飾納米金光學(xué)探針，制備得到檢測(cè)液；

步驟3、將含有銻離子的樣品中的銻離子轉(zhuǎn)化為銻化氫分子；

步驟4、頂空萃取銻化氫分子至放置有檢測(cè)液的容器中；

步驟5、檢測(cè)放置有檢測(cè)液的容器，得到樣品中銻離子的含量；

其中，上述步驟中，步驟3與步驟1～2不分先后順序。

上述步驟5中，檢測(cè)得到所樣品中銻離子含量的方法包括可視化檢測(cè)法、目視比色法或紫外可見(jiàn)分光光度法等。

上述步驟1中，采用還原劑還原氯金酸制備得到納米金粒子。

上述步驟2中，檢測(cè)液包括磷酸鹽緩沖液、修飾納米金光學(xué)探針和甲醇。

上述步驟3中，樣品中的銻離子與加入的硼氫化鉀和鹽酸反應(yīng)生成銻化氫分子。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，納米金粒子的合成中，還原劑可以選擇檸檬酸、聚乙烯基吡咯烷酮、硼氫化鉀等；反應(yīng)溫度可以是室溫或加熱至沸騰。優(yōu)選的，采用檸檬酸和氯金酸高溫下(沸騰)反應(yīng)制的。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，納米金光學(xué)探針的修飾劑可以是dna、檸檬酸、三己基十四烷基氯化磷離子液體、半胱氨酸、巰基乙酸、巰基丙酸等。優(yōu)選的，修飾劑選用巰基乙酸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)sb(iii)的特異性檢測(cè)。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，氫化物發(fā)生條件的選擇為硼氫化鉀(0.6％，g/l)和鹽酸(0.01％，v/v)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)考查了硼氫化鉀濃度在0～3％(g/l)范圍內(nèi)和鹽酸的體積濃度在0～10％范圍內(nèi)，該光學(xué)探針對(duì)sb(iii)的響應(yīng)，優(yōu)選的，選擇硼氫化鉀和鹽酸濃度分別為0.6％(g/l)和(0.01％，v/v)。在氫化物發(fā)生過(guò)程中，三價(jià)銻離子(sb(iii))首先被鹽酸和硼氫化鉀還原為揮發(fā)性的sbh3分子。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，為提高對(duì)三價(jià)砷離子和汞離子的抗干擾能力，在反應(yīng)生成銻化氫分子時(shí)，可同時(shí)向含有銻離子的樣品中加入掩蔽劑，可選擇乙二胺四乙酸、吡咯啶二硫代氨基甲酸銨、二乙氨基二硫代甲酸鈉等作掩蔽劑。優(yōu)選的，掩蔽劑選用乙二胺四乙酸。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，萃取劑可以是甲醇、乙醇、四氯化碳、乙腈等。優(yōu)選的，萃取劑選用甲醇。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，實(shí)驗(yàn)考查了萃取溫度在25～140℃、攪拌速度在0～800rpm、萃取時(shí)間在5～90min范圍內(nèi)，該光學(xué)探針對(duì)sb(iii)的響應(yīng)情況。優(yōu)選地，頂空萃取條件為60℃時(shí)，500rpm攪拌1小時(shí)。經(jīng)頂空萃取后，sbh3與含20％甲醇的納米金光學(xué)探針溶液發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)溶液顏色的變化可確定樣品中sb(iii)濃度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中。實(shí)驗(yàn)考查了ph在6.0～10.5范圍內(nèi)，磷酸鹽緩沖液(na2hpo4-nah2po4)濃度在5～40mm范圍內(nèi)，修飾納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)的響應(yīng)。優(yōu)選地，選擇ph9.5的磷酸鹽緩沖液(na2hpo4-nah2po4，20mm)作為最佳酸度。

在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，實(shí)驗(yàn)考查了納米金用量在0.5～3.25nm范圍內(nèi)變化時(shí)，該光學(xué)探針對(duì)sb(iii)的響應(yīng)。優(yōu)選地，該光學(xué)探針檢測(cè)無(wú)機(jī)sb(iii)的最佳納米金粒子的用量為2.5nm。

在優(yōu)化后的氫化物發(fā)生頂空萃取條件(包括鹽酸和硼氫化鉀濃度、溫度、攪拌速度和時(shí)間、萃取劑等)和顯示反應(yīng)條件(包括檢測(cè)液中緩沖液組成、ph值、納米金光學(xué)探針濃度等)下，采用該修飾納米金光學(xué)探針可用肉眼直接識(shí)別6.0μg/l的含sb(iii)的離子水樣。加入edta做掩蔽劑，該方法對(duì)sb(v)、as(iii)、as(v)、cr(iii)、hg(ii)、al(iii)、fe(iii)、pb(ii)、ni(ii)、mn(ii)、sn(ii)、co(ii)、zn(ii)、cu(ii)、mg(ii)、ca(ii)等天然水體中常見(jiàn)離子均無(wú)響應(yīng)。

以下通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提出的修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

如圖1所示，本實(shí)施例提出了一種修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法，包括以下步驟：

步驟1、修飾納米金粒子的表面，形成修飾納米金光學(xué)探針；

步驟2、基于修飾納米金光學(xué)探針，制備得到檢測(cè)液；

步驟3、將含有銻離子的樣品中的銻離子轉(zhuǎn)化為銻化氫分子；

步驟4、頂空萃取銻化氫分子至放置有檢測(cè)液的容器中；

步驟5、檢測(cè)放置有檢測(cè)液的容器，得到樣品中銻離子的含量；

其中，上述步驟中，步驟3與步驟1～2不分先后順序。

上述納米金光學(xué)探針的合成和修飾、氫化物發(fā)生頂空萃取、修飾納米金光學(xué)探針可視化法測(cè)定sb(iii)的條件具體如下：

a、納米金粒子的合成，采用檸檬酸還原氯金酸反應(yīng)得到；

b、修飾納米金光學(xué)探針的形成，采用巰基乙酸修飾納米金粒子的表面；

c、反應(yīng)生成銻化氫分子的條件，采用硼氫化鉀(0.6％，g/l)和鹽酸(0.01％，v/v)反應(yīng)；

d、反應(yīng)生成銻化氫分子時(shí)加入的掩蔽劑的選擇，選用乙二胺四乙酸(edta)。

e、頂空萃取劑的溶液選擇，采用甲醇；

f、頂空萃取的溫度、攪拌速度和時(shí)間，溫度：60℃，攪拌速度：500rpm，攪拌時(shí)間60min；

g、檢測(cè)液酸堿度的選擇，選用ph值為9.5的磷酸鹽緩沖液(na2hpo4-nah2po4，20mm)；

h、檢測(cè)液中納米金光學(xué)探針濃度的選擇，選擇用量為2.5nm的納米金光學(xué)探針；

本實(shí)施例通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法中，各種條件的最優(yōu)選擇。

如圖2所示，是鹽酸濃度與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出，鹽酸濃度為0.01％(v/v)時(shí)，sb(iii)氫化物的發(fā)生效率最高，納米金探針的響應(yīng)最強(qiáng)。

如圖3所示，是溶液酸度與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出，納米金光學(xué)探針在堿性條件下，有較好的響應(yīng)。

如圖4所示，是納米金用量與納米金光學(xué)探針對(duì)sb(iii)響應(yīng)靈敏度的關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出，過(guò)量濃度的納米金粒子會(huì)降低納米金光學(xué)探針的靈敏度。

實(shí)際檢測(cè)時(shí)，首先采用檸檬酸還原法和常溫巰基乙酸修飾制得對(duì)sb(iii)特異性響應(yīng)的納米金探針。然后向樣品中加入鹽酸、硼氫化鉀、乙二胺四乙酸掩蔽劑等，加熱(60℃)，攪拌(500rpm)。生成的揮發(fā)性的sbh3分子被頂空萃取到含20％甲醇、2.5nm巰基乙酸修飾的納米金粒子、20mm磷酸鹽緩存液中(ph9.5)的200μl倒置尖底平蓋離心管中，60min后進(jìn)行可視化檢測(cè)。

以下針對(duì)地下水中sb(iii)的測(cè)定，對(duì)本實(shí)施例提出的修飾納米金光學(xué)探針檢測(cè)銻離子含量的方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，整體上分為兩部分：

1、修飾納米金探針的制備

將用于合成反應(yīng)的玻璃容器先用新配制的王水浸泡，然后再用自來(lái)水、蒸餾水和超純水依次沖洗。在冷凝回流系統(tǒng)中，首先將125ml、1mm的氯金酸溶液加熱至沸騰30min后，快速向攪拌中的反應(yīng)器溶液中加入12.5ml、38.8mm的檸檬酸鈉溶液。當(dāng)混合溶液顏色由淡黃色變?yōu)榫萍t色后，繼續(xù)加熱30min。撤掉熱源，將合成好的納米金溶液冷卻至室溫。

納米金粒子的表面修飾過(guò)程是在常溫下進(jìn)行的。將18μl的巰基乙酸(10mm)加入到處于攪拌狀態(tài)中的納米金溶液中。持續(xù)攪拌4小時(shí)后，所得溶液在4℃環(huán)境下靜置2天后備用。這種巰基乙酸修飾的納米金粒子貯備液在冰箱中可穩(wěn)定存在30天以上。

2、銻離子含量的檢測(cè)

修飾好的納米金光學(xué)探針靜置兩天后，采集地下水，無(wú)需對(duì)其進(jìn)行任何預(yù)處理。向40ml具橡膠塞樣品瓶中加入30ml地下水、硼氫化鉀0.6％(g/l)、0.01％(v/v)鹽酸和300μm的edta反應(yīng)，加熱(60℃)，攪拌(500rpm)。再將裝有20％甲醇、2.5nm巰基修飾納米金粒子、20mm磷酸鹽緩存液(ph9.5)的200μl尖底平蓋離心管倒置，固定于橡膠塞中。60min后進(jìn)行可視化檢測(cè)。該方法對(duì)加標(biāo)樣的回收率為86.6％。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法的準(zhǔn)確度較好，可用于地下水中痕量銻離子的快速篩查。

在納米金光學(xué)探針可視化檢測(cè)中，sbh3可以通過(guò)剝除其表面的穩(wěn)定劑，改變納米金粒子的間距，引起納米金溶液顏色的變化。通過(guò)顏色變化的程度可確定樣品中sb(iii)的濃度。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。