铁酸钴纳米团簇模拟酶及制备方法以及用其检测亚硫酸根的方法技术

本发明专利技术公开了一种铁酸钴纳米团簇模拟酶及制备方法以及用其检测亚硫酸根的方法，属于纳米技术和分析检测领域。本制备方法以水合氯化钴、水合三氯化铁和无水乙酸钠为前驱体，乙二醇为溶剂，柠檬酸钠为稳定剂，进行混合后超声溶解，所得透明溶液再利用微波反应即可制备铁酸钴纳米团簇。所制备的CoFe

Cobalt ferrite nanoclusters mimic enzymes and their preparation and detection of sulfite

【技术实现步骤摘要】
铁酸钴纳米团簇模拟酶及制备方法以及用其检测亚硫酸根的方法
本专利技术属于纳米技术和分析检测领域，具体涉及一种纳米模拟酶的制备及用其快速亚硫酸盐的方法。
技术介绍
纳米模拟酶（nanozyme）是一类具有与某些天然酶类似催化活性的纳米材料，许多纳米材料如氧化铁纳米颗粒、金纳米粒子、氧化铈纳米颗粒和石墨烯等都被发现具有模拟酶的催化性能。与天然酶相比，纳米模拟酶对酸、碱、温度的稳定性好，而且催化活性较高，在生物传感、免疫分析、干细胞研究、环境监测以及污水处理等许多方面具有广泛的应用前景。然而目前发现的纳米模拟酶大多具有类过氧化物酶的催化活性，而具有类氧化物酶的纳米材料却鲜见报道，基于其性能建立新检测方法的研究则更少。众多研究表明纳米模拟酶的催化活性与其比表面积有极大的关系，比表面积越大，其催化活性越高。亚硫酸盐是一类广泛使用的食品添加剂，可作为食品漂白剂，防腐剂，可抑制非酶褐变和酶促褐变，繁殖食品褐变，使水果不至褐变，还能防止鲜虾生成黑斑，在酸性介质中，还是十分有效的抗菌剂。在现代食品工业中，亚硫酸盐广泛应用于蜜饯、干果、粉丝、饼干、罐头、中药材、酒类等的保鲜和防腐。但人体长期摄入过量亚硫酸盐会破坏维生素B1、影响人体生长发育，还会引发支气管痉挛，如果食用过量，会导致呼吸困难、呕吐等症状，尤其是气喘患者，有致命危险。正因为如此，我国规定亚硫酸盐残留量范围为20-350mg/kg。值得注意的是，亚硫酸盐在我国食品中的超标现象非常严重，在某项调查中，亚硫酸盐超标的样品占总抽查样品量的23.4％，而药膳常用的当归、枸杞中，超标率高达100％，因此亚硫酸盐的快速检测在食品安全领域有重要的意义。亚硫酸盐是一种含氧酸盐，结构中所含的酸根离子是亚硫酸根（SO32-），对亚硫酸盐检测实际就是对亚硫酸根离子（SO32-）进行检测，食品中亚硫酸盐传统检测方法有盐酸副玫瑰苯胺光度法、蒸馏法、碘量法、色谱法等，这些方法有的需要使用剧毒四氯化汞试剂，对实验员的身体健康和环境有很大危害，而有的则需要精密的设备、复杂的操作和长时间的分析，均不适用于现场快速检测。利用MoS2纳米片模拟酶的特性，建立检测葡萄酒中亚硫酸根（SO32-）的新方法，该方法虽然能可视化快速检测SO32-，但由于该方法是利用MoS2纳米片的模拟过氧化物酶性质，因此检测过程中必须加入过氧化氢（H2O2）才能使TMB发生显色反应，这不仅增加了检测成本，而且由于H2O2不稳定、易分解，该方法的稳定性也有待提高。此外，MoS2纳米片没有磁性，在检测过程中不易去除，也增加了检测复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有类氧化物酶催化活性的纳米模拟酶；本专利技术的另一个目的是提供一种铁酸钴纳米团簇模拟酶的制备方法；本专利技术的再一个目的是提供一种用铁酸钴纳米团簇模拟酶快速检测亚硫酸根的方法，以解决现有方法检测成本高，稳定性也待提高的问题。本专利技术采用以下技术方案：一种铁酸钴纳米团簇模拟酶，它是由2.1-6.8nm的铁酸钴小纳米晶进行自组装形成的团簇状疏松球形颗粒，具有优良的类似于氧化物酶的催化活性。一种铁酸钴纳米团簇模拟酶的制备方法，包括如下步骤：①将水合氯化钴、水合三氯化铁和无水乙酸铵溶于乙二醇中，搅拌溶解后，超声形成黄色溶液，其中水合氯化钴和水合三氯化铁的摩尔比固定为1:2，水合氯化钴和无水乙酸铵的摩尔比为1:5~1:15；②将柠檬酸钠加入①得到的溶液超声分散并陈化过夜，使之形成棕红色透明溶液，其中水合氯化钴和柠檬酸钠的摩尔比为10:1~2:1；③将②得到的溶液装入微波反应管中，放入单模微波合成仪中在220℃~260℃下反应30~60分钟冷却至室温后取出棕黑色悬浊液；④将③得到的悬浊液低温高速离心后吸出上层清液，将沉淀产物取出，分别用乙醇和去离子水至少洗涤三次，得到棕黑色固体样品即为铁酸钴纳米团簇。通过调节水合氯化钴、水合三氯化铁和无水乙酸铵的浓度，能够制备不同粒径大小的铁酸钴纳米团簇，平均粒径范围为30nm~200nm。用上述的铁酸钴纳米团簇模拟酶快速检测亚硫酸根的方法，包括如下步骤：①取2份等体积的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，均加入等体积的铁酸钴纳米团簇水相分散液震荡混合均匀后，再均滴入等体积的TMB乙醇溶液形成TMB—O2—铁酸钴反应体系，在一定温度水浴中反应30分钟后，混合溶液即变蓝；②将①所得的其中一份混合溶液外加磁场去除铁酸钴纳米团簇后，快速加入比色皿中进行紫外-可见吸收信号检测，得到空白样品在652nm处吸光度值（A0）；③将①所得的另一份混合溶液加入一定浓度的SO32-待测样品，在常温下反应后外加磁场去除铁酸钴纳米团簇，所得混合溶液进行紫外-可见吸收信号检测，得到待测样品在652nm处吸光度值；④根据步骤①～③测定系列已知浓度的待测样品的吸光度值变化，建立标准曲线，根据标准曲线即可测定未知浓度的待测样品浓度。进一步的，所述步骤①中的铁酸钴纳米团簇水相分散液浓度范围为0.5mg/mL~2mg/mL，TMB乙醇溶液的浓度范围为12mM~36mM，乙酸-乙酸钠缓冲溶液pH值范围为3.6~5.8，反应温度范围为25℃~50℃。进一步的，检测SO32-的线性范围为1.0×10-5mol/L—5.0×10-4mol/L，检测限为5.0×10-6mol/L。本专利技术提供了一种新型铁酸钴（CoFe2O4）纳米团簇模拟氧化物酶的制备方法，并利用该纳米模拟酶的特性建立了简单、经济、灵敏度高检测SO32-的新方法，有望应用于食品安全领域亚硫酸盐的快速检测。此外，本专利技术对拓展纳米模拟酶在其他领域的应用也具有重要的意义。本专利技术首先采用微波多元醇法制备具有优良模拟氧化物酶催化活性的铁酸钴（CoFe2O4）纳米团簇，再利用SO32-能影响TMB—O2—CoFe2O4体系显色反应的特点，建立了一种快速检测SO32-的比色传感体系。本专利技术即可采用目视比色法来对SO32-浓度进行半定量检测，又可利用紫外分光光度计测定反应体系吸光度来准确定量检测SO32-的浓度。本专利技术检测亚硫酸根离子（SO32-）的方法，涉及的化学反应过程，如反应式(1)和(2)所示：本专利技术的显著优点是：（1）本专利技术通过微波多元醇法制备铁酸钴（CoFe2O4）纳米团簇模拟酶，该方法在制备时以微波作为热源，能快速合成CoFe2O4纳米颗粒。与传统的溶剂热法和多元醇法制备磁性纳米颗粒相比，该方法在保证了CoFe2O4纳米团簇的亲水性、结晶性程度高、分散性好等方面的同时，反应时间由数小时缩短至45min，大大地提高了制备效率。此外该法还通过加入带负电的柠檬酸钠作为稳定剂使产物CoFe2O4纳米团簇具有良好的水相单分散稳定性。（2）本专利技术提供的CoFe2O4纳米团簇模拟酶是由2.1-6.8nm的CoFe2O4小纳米晶进行自组装形成的团簇状疏松球形颗粒，具有比表面积大、单分散性好和磁响应性高的优点，该纳米材料具有优良的类氧化物酶催化活性。本专利技术所使用的CoF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁酸钴纳米团簇模拟酶，其特征在于：它是由2.1-6.8 nm的铁酸钴小纳米晶进行自组装形成的团簇状疏松球形颗粒，具有优良的类似于氧化物酶的催化活性。/n

【技术特征摘要】
1.一种铁酸钴纳米团簇模拟酶，其特征在于：它是由2.1-6.8nm的铁酸钴小纳米晶进行自组装形成的团簇状疏松球形颗粒，具有优良的类似于氧化物酶的催化活性。


2.一种铁酸钴纳米团簇模拟酶的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：
①将水合氯化钴、水合三氯化铁和无水乙酸铵溶于乙二醇中，搅拌溶解后，超声形成黄色溶液，其中水合氯化钴和水合三氯化铁的摩尔比固定为1:2，水合氯化钴和无水乙酸铵的摩尔比为1:5~1:15；
②将柠檬酸钠加入①得到的溶液超声分散并陈化过夜，使之形成棕红色透明溶液，其中水合氯化钴和柠檬酸钠的摩尔比为10:1~2:1；
③将②得到的溶液装入微波反应管中，放入单模微波合成仪中在220℃~260℃下反应30~60分钟冷却至室温后取出棕黑色悬浊液；
④将③得到的悬浊液低温高速离心后吸出上层清液，将沉淀产物取出，分别用乙醇和去离子水至少洗涤三次，得到棕黑色固体样品即为铁酸钴纳米团簇。


3.用权利要求1所述的铁酸钴纳米团簇模拟酶快速检测亚硫酸根的方法，其特征在于，包括如下步骤：
①取2份等体积的乙酸-乙酸钠缓冲溶液，均加入等体积的铁酸钴纳米团簇水相分散液...

【专利技术属性】
技术研发人员：左显维，何永成，刘一丹，韩根亮，王玉祥，
申请(专利权)人：甘肃省科学院传感技术研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62