一种基于硫化铜纳米材料的超灵敏汞污染比色检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于硫化铜纳米材料的超灵敏汞污染比色检测方法。该方法是将CuS纳米材料分散于含汞离子的样品溶液中，进行汞离子的选择性吸附富集；然后通过抽滤法进行过滤浓缩；接着向滤膜中加入显色剂和双氧水，进行显色反应；通过观测反应体系的颜色和/或吸光度值，实现对待测样品中汞离子的含量检测。该方法在检测痕量汞污染方面具有明显的优势，其不依赖于大型仪器、成本低廉、便携、选择性好、灵敏度高，适用于环境和食品中汞污染的现场检测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫化铜纳米材料的超灵敏汞污染比色检测方法


[0001]本专利技术涉及环境和食品分析及检测领域。更具体地，涉及一种基于硫化铜纳米材料的超灵敏汞污染比色检测方法。

技术介绍

[0002]汞污染对环境和人体健康具有极大的危害。传统的汞污染检测方法往往依赖于大型昂贵的仪器设备，难以满足快速、实时检测的实际需要(寇冬梅等.环境科学与技术.2008,31,24-28)。与传统检测方法相比，汞离子微纳比色/荧光传感器具有操作简单、检测快速、不依赖于大型仪器等优点(沈洋等.化学进展.2019,31,536-549)。
[0003]基于汞离子可以诱导增强RGO-PEI-Pd纳米复合物的类酶活性的原理，卢小泉团队实现了废水和血清中超痕量汞离子的裸眼比色检测(Zhang S.et al.Analytical Chemistry.2017,89,3538-3544)。刘锦淮等人以特异性核酸适配体作为汞离子识别因子，利用碳纳米材料石墨烯的荧光淬灭和纳米金的荧光增强协同效应，发展了一种新型杂交式的“淬灭/增强荧光”机制，实现了对饮用水中汞离子选择性的高灵敏度的光学探测(Kong L.et al.Chemical Communications.2011,47,10389-10391)。虽然目前汞离子微纳比色传感器的设计及其在水体中汞离子的检测应用方面已经取得了一定的进步，但是由于一些环境、食品和生物样品中汞离子含量较少且检测干扰因素多，实现复杂样品基质中汞污染的超灵敏检测仍然是汞离子微纳传感器研究的重点和难点。
专利技术内容
[0004]本专利技术的目的在于提供一种不依赖于大型仪器、成本低廉、选择性好、灵敏度高，适用于复杂样品基质中汞污染分析的比色检测方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0006]步骤一，将CuS纳米材料分散于含汞离子的样品溶液中，进行汞离子的选择性吸附富集；
[0007]步骤二，通过抽滤法进行过滤浓缩；使得吸附有汞离子的CuS纳米材料得到富集，提高检测灵敏度；
[0008]步骤三，向滤膜中加入显色剂和双氧水，进行显色反应。
[0009]步骤四，通过观测反应体系的颜色和/或吸光度值，实现对待测样品中汞离子的含量检测。
[0010]在本专利技术中，所述CuS纳米材料具有三个功能，包括汞离子的选择性识别，汞离子富集浓缩的载体以及比色检测信号的放大/输出。CuS纳米材料具有拟酶催化活性，能够催化无色显色剂生成有色产物。而当CuS纳米材料吸附汞离子后，其催化活性会受到抑制。通过观测反应体系的颜色和吸光度值，可实现对待测样品中汞离子的含量检测。
[0011]可选地，所述CuS纳米材料选自CuS纳米颗粒、CuS纳米球、CuS纳米线、CuS纳米片、CuS纳米花和CuS纳米棒中的一种。
[0012]可选地，所述CuS纳米材料直径为5nm-500nm(例如可以为10nm、50nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm等等，或任意直径之间的任意范围)。
[0013]可选地，所述CuS纳米材料的加入量为100ng-1mg(例如可以为200ng、500ng、1μg、50μg、100μg、200μg、500μg、1mg等等，或任意加入量之间的任意范围)。
[0014]可选地，步骤一中，所述吸附富集汞离子的时间为1-30min，
[0015]可选地，步骤二中，所述过滤浓缩通过抽滤法实现，浓缩倍数为1-20000(例如可以为100、500、1000、2000、5000、10000、15000等等，或任意倍数之间的任意范围)。
[0016]可选地，所述显色反应结果的分析方式选自裸眼观察法、手机App读取颜色法、颜色传感器读数法和紫外-可见分光光度计测试法中的一种。
[0017]本专利技术的有益效果如下：
[0018]其一，与传统大型仪器检测法相比，本专利技术采用比色分析法，不依赖于大型仪器、成本低廉、便携、适用于现场汞污染检测。
[0019]其二，本专利技术中利用CuS纳米材料可实现对汞离子的选择性吸附，快速富集和高效浓缩，使得该方法对汞离子具有良好的选择性，且检测灵敏度可达到50ppt。这一灵敏度可与原子荧光光谱仪和电感耦合等离子体质谱仪等大型仪器检测法相媲美。
[0020]其三，本专利技术设计的吸附-富集-浓缩-检测集成方法具有良好的抗干扰性，适用于复杂样品基质中汞污染的选择性灵敏检测。
附图说明
[0021]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0022]图1.本专利技术的汞离子比色检测原理图。汞离子能够置换CuS表面的铜离子形成HgS，从而抑制CuS的显色催化活性。据此，通过观测显色反应的颜色即可实现汞离子的检测。
[0023]图2.本专利技术设计的吸附-富集-浓缩-检测集成方法流程图。
[0024]图3.实施例1中的汞离子检测结果数据曲线。
[0025]图4.实施例2中的汞离子检测结果标准曲线。
[0026]图5.实施例3中的汞离子检测结果照片。
[0027]图6.实施例3中的汞离子检测结果标准曲线。
[0028]图7.实施例4中的汞离子选择性检测结果的照片和数据柱状图。
具体实施方式
[0029]为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。
[0030]实施例1
[0031]向0.5mL含有不同浓度(0-3ppm)汞离子的样品溶液中加入100ng CuS纳米颗粒(平均粒径5nm)，室温下吸附富集1min后依次加入50μL邻苯二胺(10mmol/L)和5μL双氧水溶液(30％)。显色反应进行30min后，使用紫外-可见分光光度计记录每个溶液的吸光度信号并绘图。如图3所示，随着汞离子浓度增加，样品的吸光度差值也逐渐增加。当汞离子浓度超过
1ppm之后，样品的吸光度差值趋于稳定。实验证明该方法可以定量检测样品中的汞离子浓度。
[0032]实施例2
[0033]向0.1L含有不同浓度(0-400ppb)汞离子的样品溶液中加入10μg CuS纳米片(平均粒径50nm)，室温下吸附富集15min。利用抽滤法将纳米材料浓缩至滤膜中(容积0.5mL)，浓缩倍数200倍。依次加入50μL 2,2'-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(10mmol/L)和5μL双氧水溶液(30％)。显色反应进行30min后，使用紫外-可见分光光度计记录每个溶液的吸光度信号并绘图。如图4所示，样品的吸光度差值与汞离子浓度呈现线性关系。因此证明了该方法可以定量检测样品中的汞离子浓度。
[0034]实施例3
[0035]向10L含有不同浓度(0-4ppb)汞离子的样品溶液中加入1mg C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硫化铜纳米材料的超灵敏汞污染比色检测方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤一，将CuS纳米材料分散于含汞离子的样品溶液中，进行汞离子的选择性吸附富集；步骤二，通过抽滤法进行过滤浓缩；步骤三，向滤膜中加入显色剂和双氧水，进行显色反应；步骤四，通过观测反应体系的颜色和/或吸光度值，实现对待测样品中汞离子的含量检测。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CuS纳米材料选自CuS纳米颗粒、CuS纳米球、CuS纳米线、CuS纳米片、CuS纳米花和CuS纳米棒中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述CuS纳米材料粒径为5nm-500nm。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺军辉，张跃，房雨萌，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：