本發(fā)明屬于納米化學傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于計時策略的免儀器二價銅離子檢測方法。

背景技術(shù)：

銅是人體和動物生理必需的微量元素，但攝入量不足或過量攝入都會影響人體正常的生理功能。此外，銅對水生生物的毒性很大，且游離二價銅離子（Cu²⁺）的毒性比其配合物的毒性大。我國飲用水標準規(guī)定水中Cu²⁺離子含量低于20 μM。加拿大、美國和歐洲聯(lián)盟規(guī)定，飲用水中Cu²⁺離子的濃度分別不得超過15 μM、20 μM和30 μM。為保障食物、水和環(huán)境中的Cu²⁺離子不影響人體健康和其他生物的生命安全，對食物、水和環(huán)境中的痕量Cu²⁺離子進行定量檢測意義重大?，F(xiàn)有的Cu²⁺檢測技術(shù)主要包括有原子吸收光譜法、電化學分析法、熒光分光光度法、化學發(fā)光法、紫外可見分光光度法等。然而，這些方法普遍存在操作步驟繁瑣費時、定量分析時必須依賴價格昂貴且體積龐大的分析儀器、不能用于現(xiàn)場分析及即時檢測等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于計時策略的免儀器二價銅離子檢測方法。

本發(fā)明的思路：研究顯示某一濃度的2-（N-嗎啉）乙磺酸（MES）溶液在弱酸性環(huán)境下可緩慢還原氯金酸溶液原位生成紅色納米金溶液。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)在Cu²⁺存在下，上述氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)速率可得到顯著提高，快速獲得紅色納米金溶液。Cu²⁺濃度與紅色納米金溶液原位形成時間成反比關(guān)系，通過使用基于電池驅(qū)動的廉價小型計時器代替原子吸收光譜儀、電化學分析儀、熒光分光光度計法、化學發(fā)光儀、紫外可見分光光度計等價格昂貴且缺乏便攜性的分析儀器進行信號（原位形成紅色納米金溶液所需時間）讀取，即可實現(xiàn)低成本便攜式Cu²⁺的準確定量分析。

具體步驟為：

(1)在弱酸性2-(N-嗎啉)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，形成氯金酸濃度為100~400 μM的混合溶液。

(2)將步驟(1)形成的混合溶液通過氧化還原反應(yīng)原位生成納米金，用肉眼觀測混合溶液的顏色變化，同時使用便攜式計時器記錄自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間，該時間與Cu²⁺的濃度呈負相關(guān)，從而實現(xiàn)Cu²⁺的免儀器計時檢測。

所述弱酸性2-(N-嗎啉)乙磺酸水溶液是指濃度范圍在1~1.5mM且pH值范圍在5.5~6.8的MES水溶液。

所述含有Cu²⁺的溶液中的Cu²⁺為目標分析物或者通過化學反應(yīng)及生物反應(yīng)產(chǎn)生的二級分析物。

所述便攜式計時器為電池供電的具有計時功能的廉價小型設(shè)備，包括市面上常見的電子計時器、具有計時功能的手機和具有計時功能的手持式小型設(shè)備中的一種。

與現(xiàn)有的Cu²⁺檢測方法相比，本發(fā)明的突出優(yōu)點在于：

1）整個Cu²⁺分析過程中的操作極為簡單(僅涉及三種溶液的混合步驟)。

2）僅需肉眼觀測溶液顏色的改變，并使用價格低廉的小型計時器即可進行便攜式定量信號讀取，從而在極大降低分析成本的同時還能實現(xiàn)Cu²⁺的現(xiàn)場分析和即時檢測。

3）本發(fā)明可直接推廣應(yīng)用于醫(yī)學診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等諸多領(lǐng)域里各類型樣本中Cu²⁺分析物或以該金屬離子為二級分析物的蛋白質(zhì)、核酸等其他目標分析物的簡單、經(jīng)濟、快速、靈敏、特異的定性與定量檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于計時策略的免儀器二價銅離子檢測方法的原理示意圖。

圖中標記：1-檢測試管；2-無色緩沖溶液；3-MES；4-Cu²⁺；5-氯金酸；6-電子計時器；7-納米金；8-含有納米金的紅色溶液。

圖2為本發(fā)明實施例1中使用基于計時策略的免儀器Cu²⁺檢測方法分析20μM含有Cu²⁺的樣本溶液所得信號時間值與空白樣本所得空白時間值的比較。時間值為計時器記錄的自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間。

圖3為本發(fā)明實施例2中使用基于計時策略的免儀器Cu²⁺檢測方法分析一系列含有不同濃度Cu²⁺的樣本時所得信號時間值（t_Cu2+）分別減去圖2中空白時間值（t_blank）的時間差值（?t）與Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）之間的工作曲線。時間值為計時器記錄的自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間。

具體實施方式

以下實施例將對本發(fā)明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。

實施例1:

使用基于計時策略的免儀器Cu²⁺檢測方法分析20μM含有Cu²⁺的樣本溶液與空白樣本（不含Cu²⁺的超純水）。

具體實施過程如下：

如圖1所示，本實施例的具體步驟為：步驟一，環(huán)境溫度下，在1個1.5 mL的塑料試管中依次加入750 μL 1.3 mM的MES水溶液（預先使用1 M氫氧化鈉水溶液將其pH值調(diào)節(jié)至6）、100 μL 20 μM的Cu²⁺樣本溶液（硫酸銅（CuSO₄）水溶液）以及5 μL 28 mM的氯金酸（HAuCl₄）水溶液，并搖動試管使溶液混合均勻；步驟二，肉眼觀測上述混合溶液的顏色變化，同時使用市售便攜式電子計時器記錄自氯金酸水溶液加入起至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間。

根據(jù)相同的步驟，將20 μM Cu²⁺樣本溶液換成空白樣本，即超純水（電阻率為18.2 MΩ·cm），并使用便攜式計時器記錄自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間。

從圖2可以看出，檢測空白樣本所得的空白時間值長達100 min，而檢測20 μM的 Cu²⁺樣本溶液所得的信號時間值顯著降低，僅為15 min。這是因為MES在弱酸性環(huán)境下需要較長時間來緩慢還原氯金酸原位生成紅色納米金溶液；而在Cu²⁺存在下該氧化還原反應(yīng)速率顯著提高，從而在較短時間里快速獲得紅色納米金溶液。圖2中的對比實驗結(jié)果表明，基于計時策略的免儀器Cu²⁺離子檢測方法切實可行。

實施例2:

使用基于計時策略的免儀器二價銅離子檢測方法分析濃度范圍為6.4 nM~100 μΜ 的Cu²⁺樣本溶液。具體實施過程如下：

如圖1所示，本實施例中每個銅離子樣本分析的具體步驟為：步驟一，環(huán)境溫度下，在1個1.5 mL的塑料試管中依次加入750 μL 1.3 mM的MES水溶液（預先使用1 M氫氧化鈉水溶液將其pH值調(diào)節(jié)至6.5）、100 μL 20 μM的Cu²⁺樣本溶液（硫酸銅（CuSO₄）水溶液）以及5 μL 28 mM的氯金酸（HAuCl₄）水溶液，并搖動試管使溶液混合均勻；步驟二，肉眼觀測上述混合溶液的顏色變化，同時使用市售便攜式電子計時器記錄自氯金酸水溶液加入至混合溶液完全呈現(xiàn)紅色所需的時間（信號時間值，t_Cu2+）。將所有樣本的t_Cu2+分別減去實施例1中的空白時間值（t_blank）所得的時間差值（?t）對Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）作圖（圖3），即完成基于計時策略的二價銅離子檢測。

由圖3可知，隨著Cu²⁺濃度的增加，相應(yīng)的信號時間值與實施例1中的空白時間值的差值，即?t值逐漸增大。這是因為，當樣本中Cu²⁺濃度較大時，其在相同時間里提高MES-氯金酸氧化還原反應(yīng)速率的性能越強，從而使形成紅色納米金溶液的時間越短，與空白時間值的差值（?t）越大。此外，圖3顯示，利用廉價便攜式計時器量測所得?t值與Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）在兩個濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，即6.4 nM~800 nM和800 nM~100 μΜ。