本發(fā)明屬于納米化學傳感技術領域，具體涉及一種簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法。

背景技術：

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，且游離的二價銅離子（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⁺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⁺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⁺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⁺進行定量檢測意義重大?，F(xiàn)有的Cu²⁺檢測技術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，這些方法不同程度地存在操作步驟繁瑣費時、檢測靈敏度有限、不能用于現(xiàn)場分析和即時檢驗（Point-of-Care Testing）等問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法。

本發(fā)明的思路：低濃度鄰苯二胺可有效介導表面帶負電荷的金納米顆粒凝集導致反應溶液發(fā)生由紅變藍的顏色改變反應。而少量的二價銅離子（Cu²⁺）即能高效、特異地氧化鄰苯二胺為2,3-二氨基吩嗪，從而抑制上述溶液變色反應。金納米顆粒凝集導致反應溶液發(fā)生顏色改變的程度反比于樣本中Cu²⁺濃度。因此，通過肉眼觀察反應溶液的顏色變化即可實現(xiàn)Cu²⁺的簡單超靈敏定性或半定量檢測。若借助紫外可見分光光度計則可進一步實現(xiàn)目標金屬離子分析物的準確定量檢測。

具體步驟為：

步驟一，將Cu²⁺樣本溶液與鄰苯二胺溶液混合，鄰苯二胺被Cu²⁺氧化為2,3-二氨基吩嗪，制得反應溶液。

步驟二，向步驟一制得的反應溶液中加入表面呈負電荷性質的金納米顆粒紅色溶液，制得混合溶液，混合溶液中剩余的鄰苯二胺將介導金納米顆粒凝集，金納米顆粒的凝集程度與樣本溶液中Cu²⁺的濃度呈反比，肉眼觀測該混合溶液的顏色變化進行定性或半定量分析，或使用光度計進行定量分析，即實現(xiàn)簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測。

所述表面呈負電荷性質的金納米顆粒通過以下任意一種方式獲得：金納米顆粒在原位合成中表面吸附了還原劑的陰離子或者金納米顆粒合成完成后被進一步修飾上可電離呈負電荷性質的分子。

所述光度計為臺式光度計和便攜式光度計中的一種。

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，未經(jīng)專業(yè)技能培訓的操作人員也能開展實驗；2）通過協(xié)同鄰苯二胺有效介導金納米顆粒凝集反應和Cu²⁺高效、特異氧化鄰苯二胺為2,3-二氨基吩嗪反應，顯著提高方法的檢測靈敏度；3）僅需肉眼觀測溶液顏色的改變，即可實現(xiàn)Cu²⁺的超靈敏定性或半定量分析，或可通過借助便攜式光度計進一步實現(xiàn)分析物的準確定量檢測，在極大降低分析成本的同時還能用于Cu²⁺樣本的現(xiàn)場分析和即時檢測；4）本發(fā)明可直接推廣應用于醫(yī)學診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等諸多領域里各類型樣本中Cu²⁺分析物的簡單、經(jīng)濟、快速、超靈敏、特異的定性與定量檢測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1和實施例2中簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法的原理示意圖。圖中標記：1-1—無色超純水；1-2—鄰苯二胺；2—檢測試管；3-1—超純水；3-2—Cu²⁺；4—2,3-二氨基吩嗪；5-1—紅色溶液；5-2—金納米顆粒；6—肉眼；7—便攜式分光光度計。

圖2為本發(fā)明實施例1中使用簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法分別檢測（A）20 μM Cu²⁺樣本溶液與（B）空白樣（超純水）所得比色結果的比較。

圖3為本發(fā)明實施例2中使用簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法分析一系列含有不同濃度Cu²⁺的樣本溶液時在700 nm處的吸收強度值（A700）與Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）之間的工作曲線。

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:

使用簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法分別檢測20 μM Cu²⁺樣本溶液與空白樣（超純水）。

如圖1所示，本實施例的具體步驟為：步驟一，在1個1.5 mL的塑料檢測試管中加入250 μL 20 μM的鄰苯二胺溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配制），隨后往該溶液中滴加250 μL 20 μM Cu²⁺樣本溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配制的硫酸銅溶液），并搖動試管使兩種溶液混合均勻后置于50℃下反應60 min，制得反應溶液；步驟二，在上述反應溶液中繼續(xù)加入500 μL紅色金納米顆粒溶液（粒徑約13 nm，由檸檬酸鈉還原氯金酸制得，且制備好的金納米顆粒表面因吸附了檸檬酸根陰離子而呈負電荷性），并搖動試管使溶液混合均勻，5 min后，肉眼觀測溶液的顏色變化。

根據(jù)相同的步驟，分析空白樣，即超純水（電阻率為18.2 MΩ·cm），并肉眼觀測溶液的顏色變化。從圖2可以看出，檢測空白樣得到的是藍色溶液，而檢測20 μM Cu²⁺分析物所得的是紅色溶液。這是因為檢測空白樣時，鄰苯二胺在其水溶液中電離后呈正電荷性，可以通過介導表面帶負電荷的金納米顆粒發(fā)生凝集，導致反應溶液產生由紅變藍的顏色變化。而當樣本中存在Cu²⁺時，Cu²⁺可以高效、特異地氧化鄰苯二胺為2,3-二氨基吩嗪。由于該產物不能導致金納米顆粒發(fā)生凝集，整個反應溶液依然保持金納米顆粒溶液的原始紅色。圖2中的對比實驗結果表明，本發(fā)明的簡單超靈敏的Cu²⁺比色檢測方法切實可行。

實施例2:

使用簡單超靈敏的二價銅離子比色檢測方法分析濃度范圍為9.75 nM~5 μM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Cu²⁺樣本溶液分析的具體步驟為：步驟一，在1個1.5 mL的塑料檢測試管中加入250 μL 20 μM的鄰苯二胺溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配制），隨后往該溶液中滴加250 μL 某一濃度Cu²⁺樣本溶液（由電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水配制的硫酸銅溶液），并搖動試管使兩種溶液混合均勻后置于50℃下反應60 min，制得反應溶液；步驟二，在上述反應溶液中繼續(xù)加入500 μL紅色金納米顆粒溶液（粒徑約13 nm，由檸檬酸鈉還原氯金酸制得，且制備好的金納米顆粒表面因吸附了檸檬酸根陰離子而呈負電荷性），并搖動試管使溶液混合均勻，5 min后，肉眼觀測溶液的顏色變化，并使用紫外-可見分光光度計量測該溶液在700 nm處的吸收強度值（A700）。將所有樣本的A700值對Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）作圖（圖3），即完成Cu²⁺的定量測定。

由圖3可知，隨著Cu²⁺濃度的增加，相應的A700值逐漸減少。這是因為，當樣本中Cu²⁺濃度較大時，分析物可以高效、特異地氧化較多的鄰苯二胺為2,3-二氨基吩嗪。此時，剩余的鄰苯二胺分子不足以通過靜電作用介導金納米顆粒發(fā)生凝集，含有較多自由分散的金納米顆粒的相應混合溶液在700 nm處的吸收強度值，即A700值較小。此外，圖3顯示，新方法量測所有銅離子樣本所得A700值與Cu²⁺濃度的Log值（LogC_Cu2+）在濃度范圍9.75 nM~5 μM內呈現(xiàn)良好的線性關系。