一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料及其制备方法与用途技术

本发明专利技术公开了一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料及其制备方法与用途，该技术方法基于团聚机理，利用L

【技术实现步骤摘要】
一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料及其制备方法与用途


[0001]本专利技术属于纳米材料和重金属离子检测领域，具体涉及一种检测砷(As
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)、镉(Cd
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)、汞(Hg
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)重金属离子的传感器材料及其制备方法与用途。

技术介绍

[0002]重金属污染因其对生物和环境的高毒性一直受到世界各国的广泛关注，随着工业化和城市化的快速发展，人们在采矿、金属冶炼、生物制药等生产以及生活活动中会将大量重金属污染物引入到环境中，对生态环境和人类的健康安全造成威胁。重金属污染与有机物或生物污染不同，这类污染很难自行消除且具有很强的富集性，可以通过水源和土壤在动植物中富集并通过食物链进入到人体内环境，抑制蛋白质和生物酶的依赖性过程，对肾脏、肝脏以及中枢神经和内分泌系统造成损伤。因此，对环境中重金属的安全监测具有非常重要的经济和社会意义。
[0003]在诸多重金属污染物中，对砷(As
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)、镉(Cd
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)、汞(Hg
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)的吸附、传感检测，近年来一直备受关注。砷俗称砒，砷和砷化合物被普遍用于合金添加剂、农药和半导体材料掺杂中，在天然水源中，砷主要以亚砷酸盐(As
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)和砷酸盐(As
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)的形式存在，其中亚砷酸盐是砷最稳定的无机污染形式，其毒性也远超As
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。此外，由电镀工业，电子工业，电池，金属冶炼等工业废水造成的镉离子Cd
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和汞离子Hg
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污染也非常普遍，近年来对于镉离子(Cd
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)和汞离子(Hg
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)的传感检测也有较为充分的探索，不同的重金属离子具有其明显的毒理性特征。2019年7月砷、镉、汞及其化合物均被列入第一批有毒有害水污染物名录。快速监测和治理水源中重金属离子的污染，并最大限度地降低污染风险已成为必然选择。传统的检测技术，如原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子质谱(ICP
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MS)、和原子荧光光谱(AFS)等，具有灵敏度和选择性高的特点，但复杂的样品制备程序，且依赖昂贵的大型仪器设备和专业的操作人员，限制了其在实时现场检测中的应用。为了解决这些问题，研究者们开发出了诸多荧光、表面增强拉曼散射和电化学检测等方法，用于识别部分重金属离子，例如，阳极溶出伏安法(ASV)，其具有高灵敏度、易操作和低成本等特点，是一种用于检测重金属离子的强大工具。但是，ASV现场检测仍依赖于传感系统，需要少量的小型仪器设备才能完成有效的检测。
[0004]近年来，随着纳米技术的发展，基于贵金属纳米材料的比色分析因其可视化、便捷、灵敏度高和现场实时分析等优点得到广泛的应用，特别是金纳米粒子(AuNPs)以其表面可修饰性、高消光系数、独特的可协调表面等离子体共振(SPR)、低毒性和高稳定性，被普遍用于构建纳米比色探针。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种稳定性好、操作简单、能快速、准确检测出水样中重金属As
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、Cd
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、Hg
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离子的传感器材料及其制备方法。
[0006]当金纳米粒子的粒径、形态、分散状态、周围介质环境发生改变时，金纳米溶胶SPR等离子共振吸收峰和溶液颜色也会随之改变。基于对金纳米表面的合理修饰，并与目标待测物发生特异性的结合反应，由此可改变金纳米粒子在体系中的聚集状态，伴随着SPR吸收峰峰强和峰位改变以及裸眼的颜色变化，可实现对目标物的定性和定量分析。基于上述概念，本专利技术基于Au
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S键强相互作用，使用L
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甲硫氨酸对金纳米粒子进行修饰，利用修饰后的金纳米粒子与As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子的差异性结合作用，引起金纳米粒子发生不同程度的聚集，伴随着溶液颜色和紫外吸收光谱产生不同程度的变化，以实现对As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子的快速识别检测。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案为：
[0008]一种检测As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子的传感器材料的制备方法，采用柠檬酸钠、L
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甲硫氨酸(L)分别作为还原剂兼稳定剂、修饰剂，将三价的金还原成零价的金颗粒，并制成稳定、颗粒均匀的修饰剂修饰的金纳米粒子探针水溶液，即为所述的一种检测砷(As
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)、镉(Cd
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)、汞(Hg
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)重金属离子的传感器材料(图1)；在所制备的传感器材料水溶液中分别加入含一定浓度的As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子标准溶液；由于L
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甲硫氨酸作为修饰剂与金纳米粒子以Au
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S键结合，As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子通过与L
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甲硫氨酸上的氨基N，羰基或羟基O形成配位键或螯合键作用引起金纳米粒子团聚，使得溶液颜色从酒红色渐变为紫红色、紫色、灰色，最终变成灰蓝色，从而实现对样品溶液中As
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、Cd
2+
、Hg
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重金属离子的裸眼快速定性检测；通过金纳米粒子的团聚引起金纳米粒子表面等离子共振吸收峰的峰位以及强度发生变化，实现对样品溶液中As
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、Cd
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、Hg
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重金属离子的定量检测。
[0009]本专利技术提供的一种检测As
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、Cd
2+
、Hg
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重金属离子的传感器材料的制备方法，具体包括如下步骤：
[0010]在圆底烧瓶中加入一定浓度的四水合氯金酸水溶液，搅拌加热至沸腾，快速加入柠檬酸钠的水溶液，反应8～20分钟，溶液颜色由浅黄色渐变为酒红色，静置冷却至室温。在10000转速下离心20分钟后去除上清液，用超纯水将沉淀物重新悬浮分散至原体积，加入一定浓度的L
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甲硫氨酸水溶液，持续搅拌反应5～10分钟，制得L
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甲硫氨酸修饰剂修饰的金纳米粒子探针水溶液，即为所述的一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料，放入0～4℃的冰箱中保存备用；
[0011]所述的重金属离子为As
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离子、Cd
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离子、Hg
2+
离子；
[0012]所述四水合氯金酸水溶液的浓度为0.1～0.4mM；
[0013]所述的修饰剂修饰的金纳米探针水溶液的pH范围在4.0～7.0；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：在圆底烧瓶中加入一定浓度的四水合氯金酸水溶液，搅拌加热至沸腾，快速加入柠檬酸钠的水溶液，反应8～20分钟，溶液颜色由浅黄色渐变为酒红色，静置冷却至室温，在10000转速下离心20分钟后去除上清液，用超纯水将沉淀物重新悬浮分散至原体积，加入一定浓度的L
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甲硫氨酸水溶液，持续搅拌反应5～10分钟，制得L
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甲硫氨酸修饰的金纳米粒子探针水溶液，即为所述的一种检测砷、镉、汞重金属离子的传感器材料，放入0～4℃的冰箱中保存备用；所述的重金属离子为As
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离子、Cd
2+
离子、Hg
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离子；所述四水合氯金酸水溶液的浓度为0.1～0.4mM；所述的金纳米粒子探针水溶液的pH范围在4.0～7.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘吕成，李星，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：