利用ＶＡ族或ＶＩＡ族元素化合物检测金属阳离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用ＶＡ族或ＶＩＡ族元素化合物检测金属阳离子的方法，利用ＶＡ族或ＶＩＡ族元素化合物与被检测金属阳离子相互作用，在金纳米粒子表面形成了以金纳米粒子为核，以ＶＡ族或ＶＩＡ族元素化合物与被检测金属阳离子相互作用形成的化合物为壳的核壳结构，引起了金纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰发生改变，导致溶液的颜色发生变化，从而可以直接通过肉眼或简单仪器设备判别溶液颜色的变化，实现快速地检测溶液体系中的被检测金属阳离子。该方法具有操作简单方便、检测成本低廉、检测灵敏度高且取样量少，适用范围广的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属阳离子的检测领域，特别涉及一种利用VA族或VIA族元素化合物 检测金属阳离子的方法。
技术介绍
目前，工业技术快速发展的同时也带来了环境的恶化。例如，工矿开采业、化工、电 池、电镀等行业将含有大量重金属离子的废水不加处理或者稍加处理便排放到水体中，导 致水体重金属含量增加，使水质明显恶化，污染饮用水。例如，在铬废水中，Cr6+在低浓度时 有致敏作用，高浓度时对皮肤粘膜有刺激性和腐蚀性作用。同时，铬进入动物体后可影响动 物体内的氧化、还原和水解过程，并可使蛋白质变性，沉淀核酸和核蛋白，干扰酶系统。铬进 入血液后形成氧化铬，致使血红蛋白变成高铁血红蛋白，使红细胞携带氧的功能发生障碍， 导致细胞缺氧。随着人们生活水平的不断提高，城市汽车的拥有量也越来越大，汽车排出大量含 铅的尾气，使空气中的铅含量逐渐增加。铅是一种重金属元素，它在尘土、空中飘浮物、汽车 尾气、油漆、儿童玩具、一些彩釉陶瓷制品以及塑料增塑剂中含量较高。铅有较强的毒性，其 中以神经毒性为主。众所周知，人的思想和行为受神经系统的控制，一旦神经系统遭到破 坏，其后果是非常严重的。儿童正处于神经系统发育完善期，是受铅污染威胁的主要群体， 铅污染可以造成儿童身高降低、学习能力减弱，对其智力、行为、能力以及身体发育等多方 面都有严重的不可逆性的危害。由于铅对人类健康可能构成的长期危害，世界卫生组织已 经将饮用水中铅含量上限标准设定为10μ g/L。此外，其它毒性阳离子在人体内累积到一定 浓度，同样会造成人体器官和组织的损伤，引起人体中毒甚至是死亡，严重威胁人类的生命 安全。我国治理重金属污染目前主要采用以防为主、防治结合的方针。虽然现在有专门 检测金属离子的设备如原子吸收光谱仪(AAS)、原子荧光光谱仪(AFS)和感应耦合等离子 体-质谱连用仪(ICP-MS)等，但是这些仪器价格昂贵，而且检测金属离子时往往存在样品 制备步骤复杂、样品水溶性差、离子干扰严重等缺陷。鉴于各个地方的经济发展差异，很多 条件不具备或技术不成熟的单位或个体无法采用上述高级设备对重金属进行常规、快速检 测和实时监测，导致污染扩大；另外，利用仪器检测的方法也不能实现对水质的实时、实地 检测和监控。为了减少环境污染，保证人类生活健康和保持经济的可持续发展，做到早检测、早 治理，降低污染治理的成本，将重金属离子污染对人类的危害控制在最低程度，必须要做到 快速、实时检测环境中的毒性金属离子。因此，研发一种灵敏度高、选择性好、操作简单、取 样量少，且成本低廉的快速直接检测毒性金属离子的方法显得十分迫切和必要。目前，国内外利用简单的变色反应，采用贵金属纳米粒子(如金纳米粒子/银纳米 粒子)与核酸或蛋白质形成的杂化体系作为传感器应用于环境分析、生物分析和医学分析 中；或者不采用复杂的贵金属纳米粒子与核酸或蛋白质杂化体系，仅采用通常的络合方法，检测含有Hg2+、Pb2+和Co2+等的体系。但是上述各种方法真正应用于实际待检体系，还有许 多问题需要解决，例如实际待检体系中金属阳离子的种类复杂，存在选择性差、检测灵敏度 低以及检测样品的现场及时性不好等问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种利用VA族或VIA族元素化合物检测金属阳离子的方法，能够简 单、快速和灵敏地检测Pb2+、Cr3+和Cr6+等毒性金属阳离子。一种利用VA族或VIA族元素化合物检测金属阳离子的方法，包括步骤(1)在四氯合金酸水溶液中加入表面保护剂和还原剂，制得含有表面保护剂修饰 的金纳米粒子的检测液；(2)提供两份相同且等量的上述检测液；将等体积的不含所述金属阳离子的溶液 和被检测溶液分别加入所述两份检测液中，形成相应的第一混合溶液和第二混合溶液；其中，不含所述金属离子的溶液与被检测溶液的溶剂相同，选自水或乙醇；(3)分别向所述第一混合溶液和第二混合溶液中加入等量的VA族或VIA族元素化 合物水溶液，形成相应的第三混合溶液和第四混合溶液；根据第四混合溶液的颜色相对于 第三混合溶液的颜色变化或者根据第四混合溶液相对于第三混合溶液紫外可见吸收强度 的变化，判断被检测溶液中是否存在所述金属阳离子。本专利技术利用VA族或VIA族元素化合物与毒性金属阳离子相互作用，在溶液中现场 形成一种以金纳米粒子为核，以VA族或VIA族元素化合物与毒性金属阳离子相互作用形 成的化合物为壳的核壳结构，一般VA族或VIA族元素化合物中所含的VA族或VIA族元素 R和金属离子Mn+反应，在金纳米粒子表面形成化合物，即Mn++Ry_ = MyRn，或Mn++(RxAy) ζ—= Mz (RxAy)n，其中，n、x、y和ζ均表示价位数，各自独立的取1_6的整数，R表示VA族或VIA族 元素，M表示金属元素，A表示化学领域的各种化学基团，从而使金纳米粒子的表面等离子 体共振吸收峰发生改变，导致溶液的颜色发生变化，可快速检测常见的毒性金属阳离子。所述的表面保护剂选自十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、含巯基的化合物中的一种 或多种；使用不同的表面保护剂可得到表面带所需要的不同电荷的金纳米粒子，可以选择 性地检测被测金属阳离子并减小其它非被测金属阳离子的干扰。所述的含巯基的化合物优选巯基乙酸、谷胱甘肽中的一种或两种。所述的还原剂选自硼氢化钠(NaBH4)。所述的金属阳离子选自Pb2+、Cr3+、Cr6+中的一种或多种。所述的被检测溶液可以是环境中的水样也可以是其他环境样品溶于水或有机溶 剂形成的溶液，如气态的环境样品、固态的环境样品、生物医学中的尿液、血液等溶解在水 或乙醇中形成的溶液；也可是将尿液、血液等经氧化剂氧化有机组分后溶解在水或乙醇中 形成的溶液。步骤(1)中，所述的含有表面保护剂修饰的金纳米粒子的检测液用酸或碱调节pH 值后，进行其余操作。调节检测液的PH值，可以满足不同的体系对pH值的最佳要求，适当的 PH值不但可以节省检测时间和排除非检测物质的干扰，而且还可以进一步提高检测限和检 测灵敏度。如果所述的金属阳离子为Pb2+，则所述的VA族或VIA族元素化合物选自能够和Pb2+易形成沉淀化合物的元素盐类，优选可溶性硒代硫酸盐，如Na2SeS03、K2SeS03、Li2SeS03、 MgSeSO3^CaSeSO3等中的一种。所述的检测液的pH值优选为3至8，可用盐酸水溶液或氢氧 化钠水溶液调节PH值，以进一步提高检测限。如果所述的金属阳离子为Cr3+或Cr6+，则所述的VA族或VIA族元素化合物选自能 够和Cr3+或Cr6+易形成沉淀化合物的元素盐类，优选可溶性磷酸盐，如Na3P04、K3P04、Li3P04、 Mg3 (PO4) 2、Ca3 (PO4)2等中的一种。所述的检测液的pH值优选为5至10，可用盐酸水溶液或 氢氧化钠水溶液调节PH值，以进一步提高检测限。该方法可以直接用于检测Cr3+，当用于 检测Cr6+时，一般采用本领域现有的技术预先将Cr6+还原成Cr3+。所述的VA族或VIA族元素化合物在第四混合溶液中的浓度越高，第四混合溶液的 颜色变化所需的时间越短，检测金属阳离子的灵敏度越高，但VA族或VIA族元素化合物在 第四混合溶液中的浓度过高，则会影响金纳米粒子的稳定性，所以利用VA族或VIA族元素 化合物检测金属阳离子时可通过多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用ⅤＡ族或ⅥＡ族元素化合物检测金属阳离子的方法，包括步骤：（１）在四氯合金酸水溶液中加入表面保护剂和还原剂，制得含有表面保护剂修饰的金纳米粒子的检测液；（２）提供两份相同且等量的上述检测液；将等体积的不含所述金属阳离子的溶液和被检测溶液分别加入所述两份检测液中，形成相应的第一混合溶液和第二混合溶液；其中，不含所述金属离子的溶液与被检测溶液的溶剂相同，选自水或乙醇；（３）分别向所述第一混合溶液和第二混合溶液中加入等量的ⅤＡ族或ⅥＡ族元素化合物水溶液，形成相应的第三混合溶液和第四混合溶液；根据第四混合溶液的颜色相对于第三混合溶液的颜色变化或者根据第四混合溶液相对于第三混合溶液紫外可见吸收强度的变化，判断被检测溶液中是否存在所述金属阳离子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张付强，吴爱国，曾乐勇，崔平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]