[发明专利]一种痕量铜离子可视化快速检测方法

说明书

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种痕量铜离子可视化快速检测方法。

背景技术

铜元素是人体内继铁、锌后第三丰富的过渡金属元素，它广泛参与了生命体系中的一系列过程，是人体必须元素之一。但是作为重金属元素，铜具有很强的毒性，过量的铜摄入会对人体产生伤害。比如，铜(II)是一种潜在的诱变剂，高剂量的铜(II)离子可能导致哺乳动物细胞染色体的断裂和纺锤体干扰。威尔逊氏及门克斯病也是两种与铜代谢紊乱密切相关的人类遗传性疾病。所以，我国政府对水环境中铜离子的含量进行了严格限制，国标地表水环境质量标准（GB 3838-2002）规定铜离子检测标准为0.01(I类)-1.0（II-V类）mg/L，饮用水的标准规定，铜离子的含量不得超过20 μM。近些年来，随着经济的快速发展，作为有色过渡金属的铜被广泛应用在工业和农业的生产过程。但是由于过度的开发和利用，导致了环境特别是水环境中铜离子的严重污染。因此对环境和人体中的铜离子浓度进行现场快速检测具有重要意义。

目前，铜离子的检测方法主要有原子光谱法，电化学分析法，分子吸收光谱法，荧光光谱法，ICP-MS，ICP-AES等。但是，这些方法需要用到大型仪器，检测过程繁琐，无法用于现场的实时快速检测。相较上述的传统方法，比色法有其优势之处，如快速、便携、成本低、直观、可现场分析等。目前报道较多的比色法主要是基于有机聚合物与铜离子的络合显色或通过纳米金凝聚产生颜色变化。如专利GN 102863725A发明了一种基于裸眼目视比色法检测水质中铜离子的聚合物探针—P(NVP-co-GMA-g-H)，并在此基础上制备了凝胶探针—P(NVP-co-Bis-(GMA-g-H))。但是由于合成有机聚合物的步骤繁琐，耗时较长且分离提纯过程困难，限制了其在铜离子检测中的应用。樊江莉等设计合成了一种新型罗丹明B衍生物探针，可实现对较低浓度的Cu²⁺ 的裸眼检测，制成试纸可检测mg /L级别含Cu²⁺ 水样。但是此方法的灵敏度不够，只达到1×10^-6 mol /L。Qu Xiaogang 课题组报道了一种基于Cu⁺ 离子催化点击化学反应方法，将碳纳米管结合到磁性二氧化硅纳米颗粒上，通过碳纳米管催化底物TMB显色间接测定Cu²⁺ 离子的浓度。同样使用电击化学的方法，Jiang Xingyu课题组发展了一种基于纳米金的检测Cu²⁺ 的方法。将叠氮化合物与三炔基化合物分别通过金巯键连接在纳米金的表面，用抗坏血酸钠将Cu²⁺ 还原为Cu⁺，在Cu⁺ 的催化下，叠氮化合物与三炔基化合物发生环加成反应，促使分散的纳米金稳定的结合在一起，通过纳米金颜色的变化检测铜离子。此方法快速、稳定、选择性好、检测限在20 μM。这些点击化学反应是采用 Cu(I) 配合物催化，此类催化剂要求去除氧气，以免被氧化而失效，因此限制了点击化学在铜离子现场检测的应用。总之，上述所有快速检测方法存在着或成本高、或稳定性差、或灵敏度低和抗基体干扰能力较低等缺点，很难用于实际样品中痕量铜离子的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种痕量铜离子可视化快速检测方法，利用磁性纳米粒子上修饰的罗丹明B螺环内酰胺衍生物可以特异结合铜离子并产生变色（由淡黄色变到粉紫色）的特点和磁性纳米粒子的富集作用，实现了对痕量Cu²⁺ 的可视化快速检测。该铜离子可视化快速检测方法具有快速、简单、高灵敏度、可视化、高特异性、低成本等特点，可用于各种水环境样品中痕量铜离子的快速可视化检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

采用室温快速搅拌法将罗丹明B螺环内酰胺衍生物修饰到Fe₃O₄磁性纳米粒子上，制备罗丹明B螺环内酰胺衍生物功能化的磁性纳米粒子检测液。所制备的罗丹明B螺环内酰胺衍生物功能化的磁性纳米粒子检测液呈淡黄色，在特定pH的HAc-NaNc缓冲溶液下，磁性纳米粒子表面的罗丹明B螺环内酰胺衍生物可与Cu²⁺ 鳌合，诱导使得罗丹明B螺环内酰胺开环，溶液从淡黄色变到粉紫色（随着Cu²⁺ 浓度的增大，溶液颜色也逐渐加深），达到对Cu²⁺ 的高灵敏可视化快速检测。

罗丹明B螺环内酰胺衍生物修饰的Fe₃O₄磁性纳米粒子检测液的制备方法具体如下：