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專利名稱：一種鉛離子比色檢測探針及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛離子比色檢測探針及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
重金屬離子(汞Hg2+ ;鉛Pb2+ ;鎘C(T ;銅CU2+)，特別是汞、鎘、鉛、銅等具有顯著的
生物毒性。它們在水體中不能被微生物降解，而只能發(fā)生各種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和分散、富集過 程(即遷移)。重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。主要由采礦、廢氣排 放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。其危害程度取決于重金屬在環(huán)境、食品和 生物體中存在的濃度和化學(xué)形態(tài)。 重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中，但由于人類對重金屬的開采、冶煉、
加工及商業(yè)制造活動日益增多，造成不少重金屬如鉛、汞、鎘、鈷等進入大氣、水、土壤中，引 起嚴重的環(huán)境污染。以各種化學(xué)狀態(tài)或化學(xué)形態(tài)存在的重金屬，在進入環(huán)境或生態(tài)系統(tǒng)后 就會存留、積累和遷移，造成危害。重金屬的污染有時會造成很大的危害，其中，鉛和其化合 物對人體各組織均有毒性，鉛中毒的危害主要表現(xiàn)在對神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、 骨骼系統(tǒng)等終生性的傷害上，鉛中毒可導(dǎo)致腎功能失靈，抑制大腦發(fā)育，特別是對于兒童， 會導(dǎo)致多種神經(jīng)毒性作用，由于鉛是不可降解的，它在環(huán)境中持久性存在，并且能夠產(chǎn)生在 植物和動物的毒性作用，由此可見鉛中毒的危害之嚴重，因此預(yù)防和檢測工作就變得非常 重要。可是鉛中毒后的癥狀往往非常隱蔽難以被發(fā)現(xiàn)，這些都與環(huán)境惡化有關(guān)。汽車尾氣 排放的鉛經(jīng)大氣擴散等過程進入環(huán)境中，造成目前地表鉛的濃度已有顯著提高，致使近代
人體內(nèi)鉛的吸收量比原始人增加了約ioo倍，損害了人體健康。因此，實現(xiàn)環(huán)境領(lǐng)域或生物 體中的重金屬離子的實時檢測和以及原位快速檢測具有十分重要的意義。
測定痕量重金屬離子含量常采用的方法有原子吸收光譜法，屬于常規(guī)元素分析 法，但對痕量元素的測定靈敏度低，操作復(fù)雜。塞曼效應(yīng)石墨爐原子吸收光譜法，是一種準(zhǔn) 確可靠的方法，但同樣操作復(fù)雜，而且費用高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用。此外還有利用絡(luò)合劑和 與離子形成有色絡(luò)合物進行比色測定的方法，但其靈敏度低，重現(xiàn)性差，現(xiàn)在一般很少采 用。熒光分子探針技術(shù)應(yīng)用于過渡金屬及重金屬離子的檢測，可實現(xiàn)原位檢測，但熒光探針 通常在有機溶劑中有較好的檢測效果，而在水溶液中有一定的局限性。近年來，使用核酸適 體(適配子)或DNA酶等作為功能化試劑來與金納米顆粒制備探針，用于檢測Pb"等重金 屬離子[Wang Z D， Lee J H， Lu Y， Adv. Mater. 2008， 20， 3263-3267 ;Liu J W， Lu Y，2004， J.Am. Chem. Soc. 2004，126，12298-12305 ;Liu， J W， Lu Y， 2004， Anal. Chem. 76，1627-1632 ; Liu J W， Lu Y， J. Am. Chem. Soc. 2005， 127， 12677-12683 ;Wei H， Li B L， Dong S J， Wang E K， 2008， 19， 095501.]，可以達到較好的靈敏度和選擇性，但由于DNA和酶造價較高，不能成 為普遍應(yīng)用的選擇。 針對以上問題，我們研究了一種利用功能化的納米金顆粒溶膠用為比色器件來檢 測重金屬離子的方法。本發(fā)明提供一種操作簡單、快速，不借助儀器(裸眼觀察比色)即可 實現(xiàn)對重金屬離子快速檢測的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能在水溶液中檢測重金屬鉛離子的比色檢測探針。
本發(fā)明的另一目的是提供一種鉛離子比色檢測探針在重金屬離子檢測中的應(yīng)用 方法。 本發(fā)明所述的鉛離子比色檢測探針為谷胱苷肽(GSH)功能化的金納米顆粒。谷胱 苷肽由于其結(jié)構(gòu)中的巰基基團易與金納米顆粒結(jié)合，因此用其修飾金納米顆粒，得到谷胱 苷肽功能化的金納米顆粒GSH-GNPs，它含有二個自由羧基的結(jié)構(gòu)，谷胱苷肽功能化金納米 顆粒可以成為檢測重金屬離子的比色探針。在檢測過程中，二個自由羧基可與重金屬離子 配位，利用金納米顆粒的表面等離子共振的性質(zhì)，通過比色檢測方法，可檢測出水溶液中含 有的微量的重金屬離子Pb2+。 —、比色探針谷胱苷肽功能化的納米金顆粒(GSH-GNPs)的合成方法
室溫下，按GSH與氯金酸二種反應(yīng)物的物質(zhì)的量比為3 6 : l配成水溶液，二種 溶液在磁力攪拌下混合，溶液由淡黃色變?yōu)榘兹闋钜海?. 5 1M/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)混合 溶液的pH值在6 8范圍內(nèi)，此過程中溶液逐漸變澄清，然后用1 2mg/mL新配制的硼 氫化鈉冰水溶液還原，繼續(xù)保持攪拌10 24小時，離心除去未反應(yīng)的物質(zhì)，再將金粒重新 分散到水中，便得到溶液顏色為紅色的谷胱苷肽功能化的納米金顆粒(GSH-GNPs)，測試紫 外-可見光譜在520nm處有特征吸收，谷胱苷肽功能化的納米金顆粒即為鉛離子比色檢測 探針。 二、檢測鉛離子(Pb2+)
1、檢測靈敏度 使用GSH-GNPs作為比色檢測探針檢測Pb2+時，具有較高的靈敏度。將稀釋2 5倍的比色探針溶液中加入等量的待測的樣品中，然后加入占溶液總體積的10%的1 2MNaCl溶液，待測樣品中如果沒有Pb"，則比色探針溶液的紅顏色會保持不變，當(dāng)含有大于 5yM的Pb"，溶液的顏色會由紅色變?yōu)樽仙蛩{灰色。10 30分鐘后(依溶液中鉛離子 的濃度而定)，通過測試溶液的紫外_可見吸收光譜，可進行比色檢測，存在鉛離子，金粒的 紫外_可見吸收光譜發(fā)生紅移，且吸收光譜與鉛離子濃度有良好的線性關(guān)系，谷胱苷肽功 能化的金納米顆粒可以作為檢測鉛離子的探針在水溶液中快速檢測鉛離子的存在，檢測限 可達到100nM。
2、選擇性 使用谷胱苷肽功能化的納米金顆粒作為比色檢測探針檢測Pb2+時，具有高的選擇 性。在與Hg2+， Mg2+， Zn2+， Ni2+， Cu2+， Co2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Mg2+， Cd2+和Ba2+進行檢測比較時， 比色探針對Pb2+具有非常好的選擇性，相同條件下，檢測Pb2+的濃度比Hg2+，Mg2+，Zn2+，Ni2+， Cu2+， Co2+， Ca2+， Mn2+， Fe2+， Mg2+， Cd2+和Ba2+離子的濃度低100 1000倍，說明具有高的選擇 性。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點 1、本發(fā)明提供的檢測探針靈敏度高、選擇性好，檢測限低。
2、不借助儀器，通過比色(裸眼觀察或紫外光譜)即可識別檢測結(jié)果。 3、本發(fā)明易制備和保存；在fC條件下可保存6 12個月。
4、本發(fā)明所用試劑和操作過程均無毒副作用。 5、本發(fā)明方法簡單、快速、易操作，不需要大型儀器，可進行現(xiàn)場原位快速檢測。


附圖1、比色探針檢測鉛離子的紫外_可見吸收光譜及比色對比照片 其中，a比色探針的吸收光譜及對應(yīng)的溶液照片；b為比色探針溶液檢測鉛離子后
的吸收光譜及對應(yīng)的溶液照片。 附圖2、比色探針檢測不同濃度的鉛離子后的吸收光譜的吸收比率與鉛離子初始 濃度(1-50 iiM)的線性關(guān)系。
具體實施方式

實施例1 : 室溫下，將氯金酸的水溶液與谷胱苷肽按物質(zhì)的量比為6 : l配成水溶液混合攪 拌，并用1M的氫氧化鈉溶液將混合溶液的pH值調(diào)節(jié)至7. 0，然后在混合溶液中加入新配制 的硼氫化鈉冰水溶液(2mg/lmL)并劇烈攪拌，混合溶液在攪拌條件下持續(xù)反應(yīng)12小時，離 心除去未反應(yīng)物質(zhì)后重新分散，便得到了谷胱苷肽功能化的金納米顆粒，即比色探針，測其 紫外-可見吸收光譜，在520nm處有特征吸收。
實施例2 : 使用比色探針檢測鉛離子時，將制得的比色探針稀釋4倍，取100iU稀釋后的比 色探針溶液加入等量的待測的生物組織或環(huán)境污水樣品中，然后加入20ii1， 1M NaCl溶液， 通過觀察溶液顏色的變化來判斷是否有鉛離子的存在，存在鉛離子時溶液由金顆粒的紅色 變?yōu)樽仙蛩{灰色；或測試溶液的紫外_可見吸收光譜，存在鉛離子，溶液的紫外_可見特 征吸收光譜發(fā)生紅移，且吸收光譜與鉛離子的濃度有良好的線性關(guān)系，以此來判斷待測樣 品是否有鉛離子的存在。
權(quán)利要求
一種鉛離子比色檢測探針，其特征為比色探針是谷胱苷肽功能化的納米金顆粒，溶液為深紅色，測試紫外-可見光譜，在520nm處有特征吸收，遇到鉛離子吸收光譜發(fā)生紅移，溶液顏色變?yōu)樽仙蛩{灰色。
2. —種鉛離子比色檢測探針的應(yīng)用方法，其檢測過程是使用谷胱苷肽功能化的金納 米顆粒作為檢測探針檢測Pb2+時，將稀釋2 5倍的比色探針溶液中加入等量的待測的檢 測生物組織和環(huán)境污水樣品中，然后加入占溶液總體積的10%的1 2M NaCl溶液改變 溶液的離子強度，觀察混合溶液的顏色變化，或測試其紫外_可見吸收光譜，可進行比色檢 測，存在鉛離子時，混合溶液顏色由金納米顆粒的紅色變?yōu)樽仙蛩{灰，或溶液的紫外-可 見特征吸收光譜發(fā)生紅移，且吸收光譜與離子濃度有良好的線性關(guān)系，通過顏色和吸收光 譜的位移可判定鉛離子存在及所含濃度。
全文摘要
本發(fā)明屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鉛離子比色檢測探針及其應(yīng)用方法。本發(fā)明是利用谷胱苷肽修飾金納米顆粒作為比色探針，谷胱苷肽利用其巰基基團與金納米顆粒結(jié)合，發(fā)生配位形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，表面含有二個自由羧基的結(jié)構(gòu)，在檢測過程中，羧基可與重金屬離子配位，利用金納米顆粒的表面等離子體共振的性質(zhì)，可以通過溶液顏色變化指示水溶液中重金屬離子Pb2+的存在。本發(fā)明靈敏度高，選擇性好，不需要大型儀器，可實現(xiàn)原位快速檢測，檢測結(jié)果直觀，可以通過裸眼觀察，并且操作簡單造價低，所用試劑和操作過程無毒副作用。
文檔編號G01N21/78GK101710076SQ20091021813
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者代起君, 關(guān)威, 李鹿, 柴芳, 王春剛, 蘇忠民, 趙亮, 高洪澤 申請人:東北師范大學(xué)