一种利用表面改性的金纳米颗粒检测汞离子的方法技术

本发明专利技术提供一种利用表面改性的金纳米颗粒检测汞离子的方法，利用表面被11-巯基-1-三甲基铵改性的金纳米颗粒的溶液作为检测试剂，将该检测试剂与待测水溶液混合，并调整混合溶液的pH值，使检测体系为酸性，通过水溶液颜色的变化来判断水溶液中汞离子是否存在。还可加以太阳光辅助照射，以提高检测的灵敏度。本发明专利技术灵敏度高且具有优秀的选择性，读出形式为可视化，不需要依赖任何大型仪器。本发明专利技术可用于检测饮用水。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汞离子检测领域，尤其涉及一种利用表面改性的金纳米颗粒来可视化检测汞离子的方法。
技术介绍
汞离子作为一种常见重金属离子，对人体和环境都有很大的危害。目前用于汞离子检测的技术主要有1.利用有机小分子；2.电化学；3.电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) ；4.原子吸收光谱(AA) ；5.基于金纳米颗粒的可视化检测。其中，利用有机小分子检测主要包括利用有机染料和荧光分子检测，有机染料因其较低的摩尔吸收系数，导致利用有机染料检测汞离子的灵敏度不高。利用荧光分子检测汞离子需要使用价格昂贵的发光设备。电化学检测、ICP-MS和AA也均需要价格昂贵的仪器，且操作繁琐。迅猛发展的纳米技术，为金属离子的检测带来契机，因为金纳米颗粒具有很高的摩尔吸收系数，通常比有机小分子要高1000倍以上，所以运用金纳米颗粒来可视化检测金属离子通常具备较高的灵敏度。目前，运用金纳米颗粒检测汞离子的技术很多，包括在金纳米颗粒表面修饰含有胸腺嘧啶的DNA，胸腺嘧啶能与汞离子特异性结合，从而导致纳米颗粒聚集，如下文中所列的非专利文献所述。这种方法的缺点是DNA价格昂贵，不稳定，易降解，保存条件苛刻，需要通过控制外部条件如控制温度或加入特异性的酶，从而精确控制DNA与汞离子的结合能力。且检测灵敏度不够高，一般在IOOnM(纳摩尔每升)以上。另外检测速度较慢， 通常需要几分钟至几十分钟。另一种方法是在金纳米颗粒表面修饰含有羧基结尾的硫醇，如下文中所列的非专利文献5所述，通过汞离子与羧基螯合形成复合物，从而导致纳米颗粒聚集。这种方法的缺点是羧基还能与其他金属离子比如镉离子、铅离子螯合，所以选择性不好，需要加入掩蔽剂才能提高选择性。上文中所述的非专利文献1. J. S. Lee, M. S. Han, C. A. Mirkin, Angew. Chem. Int. Ed. ，2007,46,4093. Colorimetric Detection of Mercuric Ion (Hg2+) in Aqueous Media using DNA—Functionalized Gold Nanoparticles.2. D. Li, A. ffieckowska, I. Willner, Angew. Chem. Int. Ed.，2008，47，927. Optical Analysis of Hg2+ Ions by Oligonucleotide-Gold-Nanoparticle Hybrids and DNA-Based Machines.3. J. Liu, Y. Lu, J. Am. Chem. Soc. ,2003, 125,6642. A Colorimetric Lead Biosensor Using DNA zyme-Directed Assembly of Gold Nanoparticles.4. X. Xue, F. Wang, X. Liu, J. Am. Chem. Soc.，2008，130,3244. One-step, room temperature, colorimetric detection of mercury (Hg2+)using DNA/nanopartic1e conjugates.5. C. C. Huang，H. Τ. Chang，Chem. Commun.，2007，1215. Parameters for selective colorimetric sensing of mercury (II) in aqueous solutions using mercaptopropionic acid-modified gold nanoparticles.
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种灵敏度高、选择性好、成本低且高效的检测水中汞离子的方法。为达到上述目的，本专利技术提供，利用表面被11-巯基-1-三甲基铵改性的金纳米颗粒的溶液作为检测试剂，将该检测试剂与待测水溶液混合，并使混合溶液为酸性，通过水溶液颜色的变化来判断水溶液中汞离子是否存在，若混合溶液的颜色由红色变为紫色或者蓝色，则待测水溶液中有汞离子存在， 若混合溶液的颜色无变化，则待测水溶液中无汞离子存在。根据本专利技术所提供的方法，其中将上述检测试剂与待测水溶液混合并在太阳光下照射，再通过水溶液颜色的变化来判断水溶液中汞离子是否存在。根据本专利技术所提供的方法，其中金纳米颗粒的直径为13nm(纳米)左右。根据本专利技术所提供的方法，其中上述混合溶液的优选pH值为1 2. 5，更优选pH 值为1。本专利技术的读出形式为可视化，不需要依赖任何大型仪器，简单，快速，成本低，具有优秀的选择性，灵敏度高，所能检测到的汞离子浓度范围为3X IO-8M 1 X IO-2M(摩尔每升)，可以用来检测饮用水中的汞离子含量是否超标。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中图1.汞离子导致的金纳米颗粒聚集示意图。图2.本专利技术中金纳米颗粒发生聚集后的TEM照片。图3.金纳米颗粒在酸性(a)和碱性(b)环境中的吸光度。图4.最低检测浓度与PH值的关系。图5.汞离子浓度不同的溶液的吸光度。图6.所合成的金纳米颗粒的TEM(透射电镜)照片，大小约为13纳米。图7.太阳光辅助条件下，不同浓度汞离子的吸光度。图8.不同金属离子的溶液在520nm处的吸光度变化值。具体实施例方式为了证明本方法在汞离子检测中的有效性，在以下实施例中，利用汞离子浓度已知的待测水溶液进行检测。另外，利用紫外-可见分光光度计测定金纳米颗粒的聚集过程， 以对肉眼检测提供更加科学和精确的佐证。实施例1.根据本专利技术提供的汞离子检测方法的一个具体实施步骤包括1)配制待测水溶液，该待测水溶液的汞离子浓度为1 μ M(微摩尔每升)、pH值为1。2)利用表面被11-巯基-1-三甲基铵修饰的金纳米颗粒的溶液作为检测试剂，将体积为5 μ L、金纳米颗粒浓度为150ηΜ的该种检测试剂加入到体积为495 μ L的酸性待测水溶液中，形成混合溶液，使得金纳米颗粒的最终浓度为1. 5ηΜ，汞离子的浓度基本没有发生变化。3)溶液颜色迅速由红色变为蓝色，表明金纳米颗粒发生了聚集，在8小时之后，聚集后的金纳米颗粒在瓶底形成黑色沉淀，上清液为无色水溶液。根据本专利技术提供的方法，本实施例所用的检测试剂，是利用11-巯基-1-三甲基铵作为配体分子修饰到金纳米颗粒表面而形成。将金纳米颗粒的表面化学修饰上11-巯基-ι-三甲基铵，巯基通过金-硫键与金表面共价连接，三甲基铵则暴露于金纳米颗粒的最外层(如图1示)。该功能化的金纳米颗粒能均勻分散于水溶液中，使水溶液显红色。由于汞离子与巯基有很强的结合能力，在酸性环境中，配体分子末端的三甲基铵、酸性环境中的氢离子和汞离子三者之间的静电排斥力，使得汞离子在溶液中的运动加剧，能促使汞离子与金表面的巯基结合，从而将配体分子从金纳米颗粒表面取代下来(见图1)。金纳米颗粒表面配体分子的减少，会导致金纳米颗粒发生聚集(图幻，聚集后的水溶液颜色呈现为紫色或蓝色。通过水溶液颜色是否变化即可判断水溶液中汞离子是否存在，从而达到检测汞离子的目的。由于其他金属离子与巯基的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋兴宇，刘定斌，王卓，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：