CN106033066B

CN106033066B - 一种核磁共振快速检测金属离子与小分子化合物的方法

Info

Publication number: CN106033066B
Application number: CN201510107195.4A
Authority: CN
Inventors: 吴爱国; 陈宁怡; 张玉杰
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2018-08-28
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: CN106033066A

Abstract

本发明涉及一种定量检测金属离子和/或小分子化合物的方法，具体地所述方法包括如下步骤：1)提供待检液和检测原液；2)将所述待检液加入所述检测原液中，测量所得混合液的核磁共振横向弛豫时间，基于所测得的核磁共振横向弛豫时间得出待检液中待检测金属离子和/或小分子化合物的含量。所述方法具有操作简单、快速、成本低、选择性好、灵敏度高，并且可以在现场实时操作的优点，适用于湖泊河流水质调查、污水排水口水质检测、矿产熔矿物质、生活用水以及经过处理后获得的各种水样或乙醇溶液样品的检测，可广泛地应用于食品科学、生物医学、环境科学以及分析科学等领域。

Description

一种核磁共振快速检测金属离子与小分子化合物的方法

技术领域

本发明涉及金属离子和小分子化合物的检测领域，具体地涉及一种利用核磁共振技术快速检测金属离子和/或小分子化合物的检测方法。

背景技术

随着科技的发展与社会的飞速进步，人类生产活动越来越依赖于向自然攫取物质支持，重机械工业、采矿业、化工行业等不断地向自然界输出污染物质，包括重金属离子在内的各类金属离子和小分子化合物引起的污染已成为不可忽视、影响深远的社会现象。

与其他环境污染物不同，重金属不会被生物降解，它们只能由一种形态转化为另一种形态。正是由于重金属不被降解，其进入环境或者生态***后会存留、积累和迁移，且易通过食物链实现生物富集，构成对生物和人体健康的严重威胁。例如，铅、汞、铬、镉、铜等是一类对人体健康危害极大的重金属元素，它们在人体内能和蛋白质或酶等发生强烈的相互作用，使其失去活性；也可在人体的某些器官中累积，如果超出人体所能耐受的限度，就会造成人体急性、亚急性中毒或慢性中毒。例如：毒理学研究证实，铅是一种能够导致失眠、易怒、肌肉麻痹、智力迟钝及记忆丧失的潜在神经毒素；汞可导致脑、肾、中枢神经***、免疫***及内分泌***的损害；镉中毒能导致肾机能衰退、骨质疏松，长期吸入氯化镉可引起肺部炎症、支气管炎甚至癌症，1987年镉被国际抗癌联盟(IARC)定为ⅡA级(共Ⅵ级)致癌物质，此外，镉还能引起糖尿病、高血压等疾病；铜虽然在多种生物过程中发挥重要作用，但其浓度过高时也具有毒性，可对肝或肾产生危害。

除此之外，重金属还包括另一大类，即稀土元素，主要是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)，共17种元素。稀土元素及其化合物具有特殊的物理和化学性质，已被广泛应用于冶金、石油、化工、轻纺、医药、农业等数十个行业。稀土的广泛应用导致越来越多的稀土元素进入环境中，并最终在人体内富集，导致血液中的淋巴细胞染色体损伤、肝功能损害和代谢紊乱等疾病。

由于重金属污染对生态环境和人体健康具有极大的危害性，因此对水及各种环境介质中的重金属开展有效检测尤为重要。重金属的检测方法经历了从传统分析方法到仪器分析方法，从单一的检测手段到多种技术相结合的发展过程。目前，检测重金属的技术日益趋于多样化，主要有光谱法和电化学方法。光谱法包括紫外-可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光法、质谱法、X射线荧光光谱法等。这些方法虽然能以较高灵敏度对各种环境样本中的重金属离子进行有效分析，但大多需要大型仪器，存在检测成本高、分析时间长、操作专业性强等缺点。电化学法包括伏安法、极谱法、电位分析法、电导分析法等。同时人们也发展了一些新的重金属检测技术:酶抑制法、免疫分析法、生物传感法等，然而这些方法也普遍存在检测限达不到检测要求、选择性较差、制作工艺复杂、成本相对较高等缺点。为了减少环境污染，保证人类健康生存和经济社会可持续发展，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降低至可控范围内，必须做到快速、实时检测样品中的各类金属离子。

近几年，由小分子化合物引起的食品安全、空气质量、土壤生化污染、饮用水安全等生态伦理事件频发。这些小分子化合物主要有多环芳烃(PAHs)、单环芳香胺、硝基呋喃、持久性有机污染物(POPs)、丙烯酰胺、敌敌畏(DDVP)、硝基苯、咖啡因、莱克多巴胺、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗、***、苯胺、二噁英、亚硝胺、半胱氨酸(Cys)、多巴胺、盐酸克伦特罗、三聚氰胺、苏丹红、亚硝酸根盐等与生物体生理活动密切相关的有机小分子。例如，多巴胺是一种神经传递物质，用来帮助细胞传送刺激的化学物质，广泛分布于人体内各个部位，如中枢神经***、大脑和体液(血、尿等)，体内异常的多巴胺浓度，直接威胁中枢神经、内分泌、肾和心血管***的健康；Cys是天然氨基酸中唯一含有巯基的氨基酸，广泛存在于生物体中，并起到至关重要的作用，但是Cys也是一种潜在的神经毒素，在体内含量过高时，容易使人患上血栓症、心血管疾病等。

目前，检测这类小分子化合物的物理化学方法有分光光度法、电泳法、高效液相色谱法、荧光法和电化学检测法等。但是这些高灵敏、多成分分析的方法前处理复杂、费用高，往往需要专门的仪器及操作人员，不适合实时、快速检测。

综上所述，本领域迫切需要开发一种新型的灵敏度高、选择性好、操作简单、取样量少且成本低的可快速直接检测金属离子和/或小分子化合物的检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的灵敏度高、选择性好、操作简单、取样量少且成本低的可快速直接检测金属离子和/或小分子化合物的检测方法。

本发明的第一方面，提供了一种定量检测金属离子和/或小分子化合物的方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供待检液和检测原液；

2)将所述待检液和所述检测原液混合，测量所得混合液的核磁共振横向弛豫时间，基于所测得的核磁共振横向弛豫时间得出待检液中待检测金属离子和/或小分子化合物的含量。

在另一优选例中，所述混合为将所述待检液加入所述检测原液中。

在另一优选例中，所述待检液在检测前经前处理后再进行定量检测。

在另一优选例中，所述前处理指去除非待检测金属离子和/或小分子化合物和/或干扰物的处理过程。

在另一优选例中，所述待检液仅包含一种特定的待检测金属离子和/或小分子化合物。

在另一优选例中，所述待检液为环境中水样、其他环境样品进行预处理后的溶液。

在另一优选例中，所述其他环境样品可以是固态环境样品、气态环境样品、生物医学中的尿液或血液等溶解在水中形成的溶液、生物医学中的尿液或血液等经氧化剂氧化有机组分后溶解在水中形成的溶液、或其组合。

在另一优选例中，所述待检液的溶剂和测定标准曲线溶液的溶剂相同，选自下组：水、甲醇、乙醇、乙二醇(EG)、乙酸、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、或其组合。

在另一优选例中，所述检测原液是如下制备的：

a-1)提供第一溶液、第二溶液和第三溶液，其中，

所述第二溶液包含第二溶剂和溶于第二溶剂中的金属盐；

所述第三溶液包含第三溶剂和溶于第三溶剂中的还原剂；

当待检测金属离子和/或小分子化合物为磁性物质时，所述第一溶液包含第一溶剂和溶于第一溶剂中的表面活性剂；

当待检测金属离子和/或小分子化合物为非磁性物质时，所述第一溶液是如下制备的：在溶有表面活性剂的第一溶剂中，加入磁性材料，得到表面改性的磁性材料均匀分散的第一溶液；

所述第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂可相同或不同，独立地选自下组：水、乙醇、或其组合；

a-2)在搅拌条件下，将所述第二溶液和所述第三溶液依次加入所述第一溶液中，搅拌所得混合液，得到包含功能化金属纳米粒子的检测原液。

在另一优选例中，在步骤a-2)之后还包括如下步骤：

a-3)在搅拌条件下，将修饰剂加入步骤a-2)所得混合液中，制得包含功能化金属纳米粒子的检测原液。

在另一优选例中，所述表面活性剂选自下组：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、或其组合。

在另一优选例中，所述表面活性剂选自下组和/或含有选自下组的基团：磺酸盐类、磷酸盐类、硫酸酯类、羧基、磺酸酯类、巯基(-SH)、硫基、硒基、羟基(-OH)、氰基(-CN)、胺基(-NH₂)、酮基、氨基酸类、甜菜碱类、或其组合。

在另一优选例中，所述表面活性剂选自下组：柠檬酸钠、抗坏血酸、多聚磷酸钠、焦磷酸盐、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、葡聚糖-70、淀粉、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、吐温类、羟丙甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、有机胺、酰胺、多糖类、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸、十二烷基磺酸钠(SDS)、烷基苯磺酸钠(LAS)、烷基磺酸钠(AS)、或其组合。

在另一优选例中，所述吐温类选自下组：吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85、或其组合

在另一优选例中，所述磁性材料选自下组：合金、金属氧化物、或其组合。

在另一优选例中，所述磁性材料选自下组：纳米铁铂合金、纳米钴铂合金、纳米钴铁合金、纳米镍铁合金、纳米稀土铁合金、纳米锰铁合金、纳米铬铁合金、纳米硅铁合金、纳米稀土硅铁合金、纳米钐钴合金、纳米四氧化三铁、纳米锰铁氧化物、纳米镁铁氧化物、纳米钴铁氧化物、纳米锌铁氧化物、纳米镍铁氧化物、纳米锰铁氧化物、纳米氧化钆、纳米氧化锰、纳米氧化铬、纳米NdFeB粘结永磁材料、或其组合。

在另一优选例中，所述表面活性剂与所述磁性材料的摩尔比为1000-1：1-1000，较佳地为200-1：1-200，更佳地为100-1：1-100。

在另一优选例中，在所述第一溶液中，所述表面活性剂修饰的磁性材料的终浓度为0.0001mM－0.1mM，较佳地为0.001mM－0.05mM，更佳地为0.001mM－0.01mM。

在另一优选例中，所述金属盐为可溶于第一溶剂的含金属离子的化合物。

在另一优选例中，所述金属盐选自下组：金盐、银盐、铂盐、钯盐、铜盐、或其组合；

在另一优选例中，所述金属盐选自下组：金属卤化物、氧化物、硒化物、碲化物、金属有机盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、盐酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、乙酸盐、乳酸盐、高氯酸盐、卤代乙酸盐、卤代锑酸盐、卤代硼酸盐、磺酸盐、对甲苯磺酸盐、及其水合物、或其组合。

在另一优选例中，所述金属有机盐为含有有机基团的金属盐。

在另一优选例中，所述金属盐选自下组：氯化金三水合物、氯化金四水合物、氯化亚金、氧化金、氯羰基金、溴化金、(吡啶)三氯化金、氯(二甲基硫化)金、氯(三甲基膦)金、(二甲基苯基膦)氯化金、氯代三叔丁基磷化金、二氯(2-吡啶甲酸)金、二氯(2-吡啶甲酸)金、氯(三甲基膦)金、氯[三(邻甲苯基)膦]金、氯[三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸]金、氯化金钾、氯金酸钠、硝酸银、醋酸银、乙酸银、乳酸银、氟化银、高氯酸银、硫酸银、三氟乙酸银、三氟甲烷、硒化银、碲化银、磺酸银、三氟乙酸银、对甲苯磺酸银、六氟锑酸银、四氟硼酸银、或其组合。

在另一优选例中，所述还原剂选自下组：硼氢化物、水合肼、四丁基硼氢化物、柠檬酸钠及其水合物、没食子酸(GA)、酒石酸钾、草酸钠、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、肼、醛、植物提取物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、或其组合；

在另一优选例中，所述还原剂选自下组：抗坏血酸、柠檬酸钠、硼氢化钠、或其组合。

在另一优选例中，所述修饰剂含有选自下组的基团：巯基(-SH)、羟基(-OH)、氨基或胺基(-NH₂)、氰基(-CN)、羧基(-COOH)、磷酸根、或其组合。

在另一优选例中，所述修饰剂选自下组：巯基乙胺、2-巯基吡啶、巯基乙酸(TGA)、巯基丙酸(MPA)、谷胱甘肽(GSH)、8-羟基喹啉(8-HQ)、邻苯二酚、盐酸羟胺、阿霉素、紫杉醇、葡萄糖、果糖、茜素红、甲壳素、抗坏血酸、氨水、邻苯二胺(OPD)、多巴胺、十六烷基三甲基溴化铵、盐酸羟胺、氨基三乙酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸、三聚氰胺、***、***、氰氯酸、2，6-吡啶二羧酸、烟酸、2-吡啶甲酸、吡啶-2，3-二羧酸、丁二酮肟(DMG)、双硫腙(Dithizone)、硫代乙酰胺(C₂H₅NS)、多聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯亚胺(PEI)、或其组合。

在另一优选例中，所述修饰剂可在金属纳米粒子的表面自组装，用于提供功能化基团。

在另一优选例中，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子可在其表面形成金属离子。

在另一优选例中，在步骤a-2)之后还任选地包括如下步骤：

b-1)清洗所得纳米粒子；

b-2)在搅拌条件下，将所得纳米粒子加入第三溶液中进一步还原；

b-3)在搅拌条件下，将第二溶液和第三溶液依次加入包含所得纳米粒子和第一溶剂的混合液中。

在另一优选例中，步骤a-2)所得的功能化金属纳米粒子具有核壳结构，其内核为表面活性剂修饰的磁性材料，外壳为金属纳米粒子层。

在另一优选例中，所述功能化金属纳米粒子的粒径为0.1nm－200nm，较佳地为1nm－100nm，更佳地为5nm－30nm。

在另一优选例中，步骤a-2)所使用的所述表面活性剂或表面活性剂修饰的磁性材料、所述金属盐和所述还原剂的摩尔比为1-1000：1-1000：1-100。

在另一优选例中，步骤a-2)所使用的所述表面活性剂或表面活性剂修饰的磁性材料、所述金属盐和所述还原剂的摩尔比为1-1000：1-1000：1-100，较佳地为1-200：1-200：1-100，更佳地为1-100：1-100：1-100。

在另一优选例中，步骤a-3)所使用的所述修饰剂和所述金属盐的摩尔比为1-1000：1-1000，较佳地为1-200：1-200，更佳地为1-100：1-100。

在另一优选例中，在所述检测原液中，功能化金属纳米粒子的终浓度为0.0001mM-0.1mM。

在另一优选例中，在所述检测原液中，功能化金属纳米粒子的终浓度为0.0001mM－0.1mM，较佳地为0.0001mM－0.05mM，更佳地为0.0001mM－0.01mM。

在另一优选例中，在步骤2)之前还包括步骤：稀释所述检测原液。

在另一优选例中，所述稀释使用的稀释液选自下组：水、甲醇、乙醇、乙二醇(EG)、乙酸、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、或其组合。

在另一优选例中，所述稀释后的检测原液中，功能化金属纳米粒子的浓度为0.0001mM－0.1mM，较佳地为0.0001mM－0.05mM，更佳地为0.001mM－0.01mM。

在另一优选例中，在步骤2)之前还包括如下步骤：调节所述检测原液的pH值。

在另一优选例中，调节pH值所用的酸和碱为本领域常用的酸和碱，优选为盐酸、硝酸、磷酸、醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、氢氧化钠、氢氧化钾。

在另一优选例中，所述检测原液的pH值为5-12。

调节检测原液的pH的目的：满足不同待检液对pH值的要求，适当的pH不但可以节省检测时间和排除非检测物质的干扰，而且还可以提高检测限和检测灵敏度。

在另一优选例中，所述方法具有选自下组的一个或多个特征：

1)当待检测金属离子为Fe³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB及氨水功能化的AgNPs；

2)当待检测金属离子为Hg²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化的Au@Fe₃O₄；

3)当待检测金属离子为Co²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为TGA功能化的CTAB修饰的AuNPs；

4)当待检测金属离子为Ni²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为吐温20包裹、丁二酮肟(DMG)修饰的AgNPs；

5)当待检测金属离子为Cu²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为Cl^-协助下吐温20功能化Ag@Fe₃O₄；

6)当待检测金属离子为Pb²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB保护、硫代硫酸钠修饰的Au@Fe₃O₄；

7)当待检测金属离子为Cd²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为Au@Fe₃O₄；

8)当待检测金属离子为Al³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为GSH为保护剂、半胱氨酸为修饰剂的Ag@Fe₃O₄；

9)当待检测金属离子为Cr³⁺/Cr(Ⅵ)时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为GA修饰功能化的Au@Fe₃O₄；

10)当待检测金属离子为Mn²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为多聚磷酸钠功能化AgNPs；

11)当待检测金属离子为Gd³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠保护、PEI修饰功能化的AuNPs；

12)当待检测小分子化合物为Cys时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠、PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄nanoprisms)；

13)当待检测小分子化合物为多巴胺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB修饰功能化Au@Fe₃O₄；

14)当待检测小分子化合物为盐酸克伦特罗(CLB)时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠还原的Au@Fe₃O₄；

15)当检测小分子化合物为亚硝酸根盐时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB保护的Au@Fe₃O₄。

在另一优选例中，所述核磁共振横向弛豫时间为氢质子的核磁共振横向弛豫时间。

在另一优选例中，所述核磁共振横向弛豫时间通过核磁共振仪检测得到。

在另一优选例中，所述待检测金属离子和/或小分子化合物的含量通过将所测量的核磁共振横向弛豫时间与标准曲线对比得到。

在另一优选例中，所述方法的检测灵敏度均优于10^-6M。

在另一优选例中，所述方法的检测灵敏度均优于10^-9M，较佳地为均优于10^-10M。

本发明的第二方面，提供了一种试剂盒，所述试剂盒包含用于检测磁性金属离子和/或小分子化合物的第一容器、用于检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的第二容器，以及描述使用方法的说明书；其中，

所述第一容器包含用于制备检测磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液的金属盐、还原剂、修饰剂、任选的表面活性剂、以及任选的溶剂；或者

所述第一容器包含用于检测磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液；

所述第二溶剂包含用于制备检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液的金属盐、磁性材料、还原剂、修饰剂、任选的表面活性剂、以及任选的溶剂；或者

所述第二容器包含用于检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液。

所述溶剂选自下组：水、乙醇、或其组合。

在另一优选例中，所述第一容器中的检测原液包含功能化金属纳米粒子。

在另一优选例中，所述功能化金属纳米粒子选自下组：CTAB及氨水功能化的AgNPs、TGA功能化的CTAB修饰的AuNPs、吐温20包裹且丁二酮肟(DMG)修饰的AgNPs、多聚磷酸钠功能化AgNPs、柠檬酸钠保护且PEI修饰功能化的AuNPs。

在另一优选例中，所述第二容器中的检测原液包含功能化且包覆磁性材料的金属纳米粒子。

在另一优选例中，所述功能化且包覆磁性材料的金属纳米粒子选自下组：8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化的Au@Fe₃O₄、Cl^-协助下吐温20功能化Ag@Fe₃O₄、CTAB保护、硫代硫酸钠修饰的Au@Fe₃O₄、Au@Fe₃O₄、GSH为保护剂且半胱氨酸为修饰剂的Ag@Fe₃O₄、GA修饰功能化的Au@Fe₃O₄、柠檬酸钠和PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄nanoprisms)、CTAB修饰功能化Au@Fe₃O₄、柠檬酸钠还原的Au@Fe₃O₄、CTAB保护的Au@Fe₃O₄。

本发明的第三方面，提供了一种本发明第一方面所述的试剂盒的用途，用于检测金属离子和/或小分子化合物。

在另一优选例中，所述金属离子具有选自下组的一个或多个特征：

1)所述金属离子可与所述修饰剂形成配位化合物；

2)所述金属离子通过氧化还原反应刻蚀所述功能化金属纳米粒子；

3)所述金属离子可与所述修饰剂发生沉淀反应。

在另一优选例中，所述金属离子选自下组：Fe³⁺、Co²⁺、Cr³⁺/Cr(Ⅵ)、Ni²⁺、Mn²⁺、Cd²⁺、Gd³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³ ⁺、Lu³⁺、Sc³⁺、Y³⁺。

在另一优选例中，所述小分子化合物可与所述修饰剂形成配位化合物。

在另一优选例中，所述小分子化合物选自下组：氟-19、多环芳烃(PAHs)、单环芳香胺、硝基呋喃、持久性有机污染物(POPs)、丙烯酰胺、敌敌畏(DDVP)、硝基苯、咖啡因、莱克多巴胺、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗、***、苯胺、二噁英、亚硝胺、半胱氨酸(Cys)、多巴胺、盐酸克伦特罗、三聚氰胺、苏丹红、亚硝酸根盐、或其组合。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

具体实施方式

本发明人经过长期而深入的研究，意外地发现功能化金属纳米粒子可与金属离子和/或小分子化合物发生强烈作用，从而引起体系中相邻氢质子的横向弛豫时间T₂发生显著变化，在此基础上，首次将核磁共振技术应用于金属离子和/或小分子化合物的检测领域，从而获得一种新型的灵敏度高、选择性好、操作简单、取样量少且成本低的可快速直接检测金属离子和/或小分子化合物的含量的检测方法。基于上述发现，发明人完成了本发明。

术语

如本文所用，术语“本发明功能化金属纳米粒子”、“功能化金属纳米粒子”、“功能化检测纳米粒子”、“功能化贵金属纳米粒子”、“金属纳米粒子”或者“纳米粒子”可互换使用，均指表面经表面活性剂和/或修饰剂修饰的金属纳米粒子。

如本文所用，术语“Ag@Fe₃O₄”表示Ag纳米粒子包裹的Fe₃O₄。

如本文所用，术语“AgNPs”表示Ag纳米粒子。

如本文所用，术语“Au@Fe₃O₄”表示Au纳米粒子包裹的Fe₃O₄。

如本文所用，术语“AuNPs”表示Au纳米粒子。

检测方法

本发明提供了一种定量检测金属离子和/或小分子化合物的方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供待检液和检测原液；

在本发明中，所述待检液在检测前经前处理后再进行定量检测。

在本发明中，所述待检液没有特别限制。

在另一优选例中，所述待检液的溶剂和测定标准曲线溶液的溶剂相同，包括(但并不限于)：水、甲醇、乙醇、乙二醇(EG)、乙酸、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、或其组合。

一种代表性的制备所述检测原液的方法如下：

a-1)提供第一溶液、第二溶液和第三溶液，其中，

所述第二溶液包含第二溶剂和溶于第二溶剂中的金属盐；

所述第三溶液包含第三溶剂和溶于第三溶剂中的还原剂；

在另一优选例中，在步骤a-2)之后还包括如下步骤：

在本发明中，所述表面活性剂、磁性材料、金属盐、还原剂、修饰剂没有特别限制，可以选用本领域常用的材料，或由常规方法制备得到，或从市场购买得到。

代表性地，所述表面活性剂包括(但并不限于)：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、或其组合；

代表性地，所述表面活性剂含有包括(但并不限于)下组的基团：磺酸盐类、磷酸盐类、硫酸酯类、羧基、磺酸酯类、巯基(-SH)、硫基、硒基、羟基(-OH)、氰基(-CN)、胺基(-NH₂)、酮基、氨基酸类、甜菜碱类、或其组合。

代表性地，所述表面活性剂包括(但并不限于)：柠檬酸钠、抗坏血酸、多聚磷酸钠、焦磷酸盐、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、葡聚糖-70、淀粉、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、吐温类、羟丙甲基纤维素、聚乙烯醇(PVA)、有机胺、酰胺、多糖类、硬脂酸、卵磷脂、脂肪酸甘油酯、脂肪酸、十二烷基磺酸钠(SDS)、烷基苯磺酸钠(LAS)、烷基磺酸钠(AS)、或其组合。

代表性地，所述吐温类包括(但并不限于)：吐温20、吐温40、吐温60、吐温65、吐温80、吐温85、或其组合

代表性地，所述磁性材料包括(但并不限于)：合金、金属氧化物、或其组合。

代表性地，所述磁性材料包括(但并不限于)：纳米铁铂合金、纳米钴铂合金、纳米钴铁合金、纳米镍铁合金、纳米稀土铁合金、纳米锰铁合金、纳米铬铁合金、纳米硅铁合金、纳米稀土硅铁合金、纳米钐钴合金、纳米四氧化三铁、纳米锰铁氧化物、纳米镁铁氧化物、纳米钴铁氧化物、纳米锌铁氧化物、纳米镍铁氧化物、纳米锰铁氧化物、纳米氧化钆、纳米氧化锰、纳米氧化铬、纳米NdFeB粘结永磁材料、或其组合。

在本发明中，所述表面活性剂与所述磁性材料的摩尔比没有特别限制。

代表性地，所述金属盐包括(但并不限于)：金盐、银盐、铂盐、钯盐、铜盐、或其组合；

代表性地，所述金属盐包括(但并不限于)：金属卤化物、氧化物、硒化物、碲化物、金属有机盐、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、盐酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、乙酸盐、乳酸盐、高氯酸盐、卤代乙酸盐、卤代锑酸盐、卤代硼酸盐、磺酸盐、对甲苯磺酸盐、及其水合物、或其组合。

典型地，所述金属有机盐为含有有机基团的金属盐。

代表性地，所述金属盐包括(但并不限于)：氯化金三水合物、氯化金四水合物、氯化亚金、氧化金、氯羰基金、溴化金、(吡啶)三氯化金、氯(二甲基硫化)金、氯(三甲基膦)金、(二甲基苯基膦)氯化金、氯代三叔丁基磷化金、二氯(2-吡啶甲酸)金、二氯(2-吡啶甲酸)金、氯(三甲基膦)金、氯[三(邻甲苯基)膦]金、氯[三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸]金、氯化金钾、氯金酸钠、硝酸银、醋酸银、乙酸银、乳酸银、氟化银、高氯酸银、硫酸银、三氟乙酸银、三氟甲烷、硒化银、碲化银、磺酸银、三氟乙酸银、对甲苯磺酸银、六氟锑酸银、四氟硼酸银、或其组合。

代表性地，所述还原剂包括(但并不限于)：硼氢化物、水合肼、四丁基硼氢化物、柠檬酸钠及其水合物、没食子酸(GA)、酒石酸钾、草酸钠、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、肼、醛、植物提取物、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、或其组合；

代表性的，所述还原剂包括(但并不限于)：抗坏血酸、柠檬酸钠、硼氢化钠、或其组合。

代表性的，所述修饰剂含有包括(但并不限于)下组的基团：巯基(-SH)、羟基(-OH)、氨基或胺基(-NH₂)、氰基(-CN)、羧基(-COOH)、磷酸根、或其组合。

代表性的，所述修饰剂包括(但并不限于)：巯基乙胺、2-巯基吡啶、巯基乙酸(TGA)、巯基丙酸(MPA)、谷胱甘肽(GSH)、8-羟基喹啉(8-HQ)、邻苯二酚、盐酸羟胺、阿霉素、紫杉醇、葡萄糖、果糖、茜素红、甲壳素、抗坏血酸、氨水、邻苯二胺(OPD)、多巴胺、十六烷基三甲基溴化铵、盐酸羟胺、氨基三乙酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸、三聚氰胺、***、***、氰氯酸、2，6-吡啶二羧酸、烟酸、2-吡啶甲酸、吡啶-2，3-二羧酸、丁二酮肟(DMG)、双硫腙(Dithizone)、硫代乙酰胺(C₂H₅NS)、多聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯亚胺(PEI)、或其组合。

在另一优选例中，在步骤a-2)之后还任选地包括如下步骤：

b-1)清洗所得纳米粒子；

在本发明中，步骤a-2)所使用的所述表面活性剂或表面活性剂修饰的磁性材料、所述金属盐和所述还原剂的摩尔比没有特别限制，优选为1-1000：1-1000：1-100。

在本发明所述检测原液中，功能化金属纳米粒子的终浓度没有特别限制，优选为0.0001mM-0.1mM。

代表性的，所述稀释使用的稀释液包括(但并不限于)：水、甲醇、乙醇、乙二醇(EG)、乙酸、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、或其组合。

在本发明中，调节pH值所用的酸和碱没有特别限制，为本领域常用的酸和碱，包括(但并不限于)盐酸、硝酸、磷酸、醋酸缓冲液、磷酸缓冲液、氢氧化钠、氢氧化钾。

在另一优选例中，所述检测原液的pH值为5-12。

在本发明中，调节检测原液的pH的目的在于满足不同待检液对pH值的要求，适当的pH不但可以节省检测时间和排除非检测物质的干扰，而且还可以提高检测限和检测灵敏度。

在本发明中，所述方法具有选自下组的一个或多个特征：

15)当待检测小分子化合物为亚硝酸根盐时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB保护的Au@Fe₃O₄。

具体地，所述核磁共振横向弛豫时间为氢质子的核磁共振横向弛豫时间。

典型地，所述方法的检测灵敏度均优于10^-6M。

基于构建功能化贵金属纳米粒子体系或者贵金属纳米粒子包裹磁性金属材料的核壳结构纳米粒子体系，即不同的识别分子(如功能基团)自组装修饰到贵金属纳米粒子的表面获得功能化检测纳米粒子。不同的稀土离子与识别分子结合强度不同，导致检测体系纳米粒子发生不同程度的聚集。针对不同的稀土离子通过采用不同类型的检测液，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，可进一步定量测定出稀土离子的浓度含量，进而开发出一种选择性识別性能好，检测灵敏度高的新型稀土离子检测方法。

试剂盒及其用途

本发明还提供了一种试剂盒，所述试剂盒包含用于检测磁性金属离子和/或小分子化合物的第一容器、用于检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的第二容器，以及描述使用方法的说明书；其中，

代表性地，所述表面活性剂包括(但并不限于)：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、或其组合。

代表性地，所述表面活性剂含有包括(但并不限于)的基团：磺酸盐类、磷酸盐类、硫酸酯类、羧基、磺酸酯类、巯基(-SH)、硫基、硒基、羟基(-OH)、氰基(-CN)、胺基(-NH₂)、酮基、氨基酸类、甜菜碱类、或其组合。

代表性地，所述还原剂包括(但并不限于)：抗坏血酸、柠檬酸钠、硼氢化钠、或其组合。

代表性地，所述修饰剂含有包括(但并不限于)的基团：巯基(-SH)、羟基(-OH)、氨基或胺基(-NH₂)、氰基(-CN)、羧基(-COOH)、磷酸根、或其组合。

代表性地，所述修饰剂包括(但并不限于)：巯基乙胺、2-巯基吡啶、巯基乙酸(TGA)、巯基丙酸(MPA)、谷胱甘肽(GSH)、8-羟基喹啉(8-HQ)、邻苯二酚、盐酸羟胺、阿霉素、紫杉醇、葡萄糖、果糖、茜素红、甲壳素、抗坏血酸、氨水、邻苯二胺(OPD)、多巴胺、十六烷基三甲基溴化铵、盐酸羟胺、氨基三乙酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸、三聚氰胺、***、***、氰氯酸、2，6-吡啶二羧酸、烟酸、2-吡啶甲酸、吡啶-2，3-二羧酸、丁二酮肟(DMG)、双硫腙(Dithizone)、硫代乙酰胺(C₂H₅NS)、多聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯亚胺(PEI)、或其组合。

代表性地，所述溶剂包括(但并不限于)：水、乙醇、或其组合。

代表性地，所述功能化金属纳米粒子包括(但并不限于)：CTAB及氨水功能化的AgNPs、TGA功能化的CTAB修饰的AuNPs、吐温20包裹且丁二酮肟(DMG)修饰的AgNPs、多聚磷酸钠功能化AgNPs、柠檬酸钠保护且PEI修饰功能化的AuNPs。

代表性地，所述功能化且包覆磁性材料的金属纳米粒子包括(但并不限于)：8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化的Au@Fe₃O₄、Cl^-协助下吐温20功能化Ag@Fe₃O₄、CTAB保护、硫代硫酸钠修饰的Au@Fe₃O₄、Au@Fe₃O₄、GSH为保护剂且半胱氨酸为修饰剂的Ag@Fe₃O₄、GA修饰功能化的Au@Fe₃O₄、柠檬酸钠和PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄nanoprisms)、CTAB修饰功能化Au@Fe₃O₄、柠檬酸钠还原的Au@Fe₃O₄、CTAB保护的Au@Fe₃O₄。

本发明还提供了所述的试剂盒的用途，用于检测金属离子和/或小分子化合物。

1)所述金属离子可与所述修饰剂形成配位化合物；

3)所述金属离子可与所述修饰剂发生沉淀反应。

代表性的，所述金属离子包括(但并不限于)：Fe³⁺、Co²⁺、Cr³⁺/Cr(Ⅵ)、Ni²⁺、Mn²⁺、Cd² ⁺、Gd³⁺、Al³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Hg²⁺、La³⁺、Ce³⁺、Pr³⁺、Nd³⁺、Pm³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Tb³⁺、Dy³⁺、Ho³⁺、Er³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Lu³⁺、Sc³⁺、Y³⁺。

代表性的，所述小分子化合物包括(但并不限于)：氟-19、多环芳烃(PAHs)、单环芳香胺、硝基呋喃、持久性有机污染物(POPs)、丙烯酰胺、敌敌畏(DDVP)、硝基苯、咖啡因、莱克多巴胺、沙丁胺醇、硫酸沙丁胺醇、西马特罗、硫酸特布他林、苯乙醇胺、班布特罗、盐酸齐帕特罗、盐酸氯丙那林、马布特罗、西布特罗、溴布特罗、酒石酸阿福特罗、富马酸福莫特罗、***、苯胺、二噁英、亚硝胺、半胱氨酸(Cys)、多巴胺、盐酸克伦特罗、三聚氰胺、苏丹红、亚硝酸根盐、或其组合。

标准工作曲线

所述的检测混合液的磁共振谱学特征是各检测混合液的核磁共振氢质子横向弛豫时间T₂值。由于横向弛豫时间T₂值与纳米粒子存在状态密切相关。例如，当金属离子和/或小分子化合物与纳米粒子表面功能化基团络合引起纳米粒子聚集时，T₂值明显减小。

用所述检测混合液与标准样品进行比较，判断待测样品中是否存在所述金属离子和/或小分子化合物或判断待测样品中所述金属离子和/或小分子化合物的浓度。

在本发明中，标准工作曲线使用如下方法绘制得到：

预先按照所述检测混合液的配制方法分别加入不同含量的含金属离子/小分子化合物的溶液，制得含有不同浓度的金属离子/小分子化合物的多个检测混合液，测量各检测混合液的磁共振谱学特征，以金属离子/小分子化合物浓度横坐标，以氢质子磁共振横向弛豫时间T₂或相对氢质子磁共振横向弛豫时间变化ΔT₂为纵坐标，绘制“检测混合液的磁共振谱学特征-金属离子/小分子化合物浓度”曲线，或绘制“相对磁共振谱学特征-金属离子/小分子化合物浓度”曲线，作为标准曲线。

与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：

(1)取样量少、操作简单、成本低；

(2)灵敏度高、选择性好；

(3)可以在现场实时操作；

(4)可快速直接检测金属离子和/或小分子化合物的含量；

(5)对测定对象的限制较少，应用范围广，对样品适应性强。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

实施例1基于CTAB及氨水功能化的AgNPs对Fe³⁺的检测

制备检测原液1

94mL水中加入4mL 5mM CTAB水溶液，混匀搅拌5min后，再慢慢加入1mL 20mMAgNO₃水溶液，继续搅拌混匀；逐滴加入1mL 0.1M NaBH₄水溶液，加完后继续搅拌2min，得到功能化的AgNPs。制得的AgNPs受到溶液中氧气的氧化作用，会在纳米粒子表面形成Ag⁺，在加入过量的氨水过程中，氨水会在其表面形成Ag(NH₃)₂OH复合物。

检测Fe³⁺

取850μL AgNPs，在其中加入50μL不同浓度的NH₃·H₂O，混匀后调节溶液的pH值分别为5-12，得到多组检测原液。然后将100μL含不同浓度Fe³⁺的待检液分别加入所得检测原液中混匀，通过测定所得混合溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂，对比标准工作曲线，得出各待检液中Fe³⁺的浓度。

结果

Fe³⁺的浓度和磁共振氢质子横向弛豫时间T₂的标准对应值如表1所示，其核磁共振的测试条件为：场强0.5T，回波数6000。

表1不同浓度的Fe³⁺的T₂值

	Fe³⁺	Fe³⁺	Fe³⁺	Fe³⁺
					浓度	5*10^-4	5*10^-5	5*10^-6	5*10^-7
T₂/ms	12.2459	175.4413	675.281	1105.35

从表1可以看出，检测体系加入Fe³⁺后的T₂值与Fe³⁺浓度密切相关，Fe³⁺浓度越低，T₂越大。

故使用本发明的检测原液，并结合核磁共振技术可高效检测待检液中的Fe³⁺的浓度，且检测灵敏度均优于10^-7。

实施例2基于8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化的Au@Fe₃O₄对Hg²⁺的检测

制备检测原液2

称取邻苯二胺功能化的Fe₃O₄纳米粒子30mg，分散于20mL水中，加入1mM的NaAuCl₄水溶液8mL，搅拌30min，然后加入20mM的草酸钠溶液10mL，搅拌30min，将所得纳米粒子用水清洗；第二步：将清洗过的纳米粒子分散于10mL0.2g/mL三水合柠檬酸钠水溶液中，搅拌30min，用水清洗；第三步：将所得的纳米粒子分散于40mL水中，加入1mM的NaAuCl₄水溶液10mL，搅拌30min，然后加入10mM的抗坏血酸水溶液2mL，搅拌30min，得到Au@Fe₃O₄。以Au@Fe₃O₄溶胶与乙醇为1:1的体积比将Au@Fe₃O₄溶胶进行稀释，再将8-羟基喹啉(8-HQ)以1:9的体积比逐滴加入到稀释后的Au@Fe₃O₄溶胶中并不断搅拌，10分钟后，得到功能化的Au@Fe₃O₄溶胶。

检测Hg²⁺

分别取功能化Au@Fe₃O₄溶胶900μL于多个离心管中，并依次加入50μL去离子水和含不同浓度Hg²⁺的待检液，室温下静置10～20分钟。通过测定所得混合溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂，对比标准工作曲线，得出各待检液中Hg²⁺的浓度。

结果

对所得混合溶液进行核磁共振测试，测试混合溶液中磁共振氢质子横向弛豫时间T₂。

对比发现检测前后混合溶液的T₂值发生明显变化，并与Hg²⁺浓度有关，呈线性关系，因此可以通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，达到定量测定Hg²⁺浓度的目的。

实施例3基于TGA功能化的CTAB修饰的AuNPs对Co²⁺的检测

十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为稳定剂的金纳米粒子用巯基乙酸(TGA)功能化后，使巯基乙酸和十六烷基三甲基溴化铵同时吸附在金纳米粒子表面。分别取1mL含不同浓度Co²⁺的待检液(0～5×10^-6mol/L)加入不同编号1、2、3、…的10mL的试剂瓶中，再分别在每个试剂瓶中添加1mL纯功能化AuNPs溶液，摇匀。

当检测液中加入Co²⁺后，使得金纳米粒子发生聚集，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Co²⁺的浓度含量。

实施例4基于吐温20包裹、丁二酮肟(DMG)修饰的AgNPs对Ni²⁺的检测

吐温20保护的银纳米粒子溶液与0.05M DMG乙醇溶液按照一定体积比混合，之后加入百分之一体积的NaOH调节溶液pH，而后将该混合液与含不同浓度Ni²⁺的待检液按4:1的体积比混合。

当向溶液中加入镍离子时，镍离子与DMG形成Ni(DMG)₂络合物，并吸附到银纳米粒子表面，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Ni²⁺的浓度含量。

实施例5基于Cl^-协助下吐温20功能化Ag@Fe₃O₄对Cu²⁺的检测

首先合成吐温20保护的Ag@Fe₃O₄，称量二水合氯化铜加水配成0.1M的Cu²⁺溶液，取0.4mL该溶液，加3.6mL水稀释成4mL含不同浓度Cu²⁺的待检液。依次取已调好pH的Ag@Fe₃O₄溶液1.4mL分别加入离心管中，再依次在其中加入0.1mL水和浓度依次递减的Cu²⁺溶液。

吐温20功能化Ag@Fe₃O₄与Cu²⁺发生氧化还原反应，溶液中存在的Cl^-与Ag⁺反应生成AgCl沉淀，Cu⁺被溶胶中的溶氧氧化为Cu²⁺，从而实现对Ag@Fe₃O₄进行循环刻蚀。Ag@Fe₃O₄粒径及溶胶浓度发生变化，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Cu²⁺的浓度含量。

实施例6基于CTAB保护、硫代硫酸钠修饰的Au@Fe₃O₄对Pb²⁺的检测

首先合成CTAB修饰保护的Au@Fe₃O₄，用移液器量取一定体积的CTAB修饰保护的Au@Fe₃O₄和硫代硫酸钠溶液混合，调节溶液的pH值，然后将50μL含不同浓度的Pb²⁺(浓度从0.01-10μM)的待检液依次加入到上述已调好pH的混合液中。

当向溶液中加入铅离子和硫代硫酸根离子时，会加速Au纳米颗粒的浸出，并且在Au纳米颗粒的表面形成Pb–Au合金，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Pb²⁺的浓度含量。

实施例7基于Au@Fe₃O₄与S^2-及S^2-与Cd²⁺的竞争性反应对Cd²⁺的检测

Au@Fe₃O₄通过葡聚糖-70还原制得，检测原液在检测前要用氢氧化钠(NaOH)溶液调节pH。向每份检测原液中分别加入含不同浓度Cd²⁺的待检液0.1mL,混合均匀。继续向上述混合液中加入0.1mL 1mM的硫代乙酰胺(TAA)溶液。

通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Cd²⁺的浓度含量。

实施例8基于GSH为保护剂、半胱氨酸为修饰剂的Ag@Fe₃O₄对Al³⁺的检测

首先合成GSH保护磁性银纳米粒子(GSH-Ag@Fe₃O₄)，用移液器量取一定体积GSH-Ag@Fe₃O₄和10mM半胱氨酸溶液混合，之后依次加入1mM GSH和0.01M HCl(或氢氧化钠溶液)即得检测原液。将检测原液与含不同浓度Al³⁺的待检液按4:1体积比均匀混合。

当Ag@Fe₃O₄与GSH、半胱氨酸混合并调整pH后，当把混合液加入到含有铝离子的溶液中，铝离子与GSH、半胱氨酸迅速形成复合物并吸附到银纳米粒子表面引起磁性银纳米复合粒子聚集，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Al³⁺的浓度含量。

实施例9基于GA修饰功能化的Au@Fe₃O₄对Cr³⁺/Cr(Ⅵ)的检测

Au@Fe₃O₄以柠檬酸钠为保护剂，加入没食子酸为修饰剂，加入盐酸与氢氧化钠分别调节检测液的pH值。向每份已调好pH的检测液中分别加入含不同浓度Cr³或Cr(Ⅵ)的待检液。

Cr³⁺和Cr(Ⅵ)均能与GA络合，从而引起磁性金纳米复合粒子聚集。分别检测Cr³⁺或Cr(Ⅵ)时，以不同的掩蔽剂掩蔽Cr(Ⅵ)或Cr³⁺，通过测定两组溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Cr³⁺/Cr(Ⅵ)的浓度含量。

实施例10基于多聚磷酸钠功能化AgNPs对Mn²⁺的检测

取多聚磷酸钠功能化AgNPs溶胶750μL于多个离心管中，分别加入0.1MNaOH 50μL，得到最终检测液，检测液中加入200μL去离子水和含不同浓度Mn²⁺的待检液，混匀，室温中静置20分钟。

Mn²⁺与多聚磷酸根通过络合作用引起银纳米复合粒子的团聚，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Mn²⁺的浓度含量。

实施例11基于柠檬酸钠保护、PEI修饰功能化的AuNPs对Gd³⁺的检测

首先合成柠檬酸钠保护的AuNPs，用移液器量取一定体积的AuNPs和1mMPEI溶液混合，调节所得溶液的pH值，然后分别将50μL含不同浓度Gd³⁺的待检液依次加入到上述已调好pH的混合液中。

当溶液中加入Gd³⁺后，使得金纳米粒子发生聚集，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Gd³⁺的浓度含量。

实施例12基于柠檬酸钠、PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄nanoprisms)体系，采用抗形貌转变的机理检测Cysteine(Cys)

首先合成柠檬酸钠、PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄nanoprisms)，分别将100μL含不同浓度Cys的待检液加入到800μL Ag@Fe₃O₄nanoprisms溶液中，混匀后调节混合液的pH值。然后将50μL KI溶液(浓度从0.05-500μM)依次加入到上述已调好pH的混合液中。

当Cys存在时，会阻止碘离子从AgNPRs的片角上把银原子剥落下来。通过这种抗形貌改变的方法，并通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定Cys的浓度含量，实现对Cys的快速、简便检测。

实施例13基于CTAB修饰功能化Au@Fe₃O₄对多巴胺的检测

首先合成CTAB修饰保护的磁性金纳米粒子(CTAB-Au@Fe₃O₄)，分别取50μL含不同浓度多巴胺的待检液加入不同编号1、2、3、…的1.5mL的试管中，再分别向每个试管中添加1400μL的上述制备的CTAB-Au@Fe₃O₄溶液和20μL不同浓度的HCl或NaOH溶液，各添加80μL0.9％TGA，将其混合均匀。

多巴胺存在时，将覆盖在Au@Fe₃O₄表面，改变Au@Fe₃O₄粒子间距，巯基乙酸(TGA)与Au@Fe₃O₄的作用，将进一步诱导被多巴胺覆盖的Au@Fe₃O₄团聚，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定多巴胺的浓度含量，实现对多巴胺的快速、简便检测。

实施例14基于柠檬酸钠还原的Au@Fe₃O₄对盐酸克伦特罗(CLB)的检测

在加热条件下以1％柠檬酸钠还原制备Au@Fe₃O₄，用移液器量取一定体积的Au@Fe₃O₄和0.01mM巯基乙胺溶液混合，调节溶液的pH值，然后分别将50μL含不同浓度盐酸克伦特罗(CLB)的待检液加入到上述已调好pH的混合液中，并进行氢质子的横向弛豫时间T₂测量。

当CLB存在时，其通过氢键作用引起Au@Fe₃O₄的团聚，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定CLB的浓度含量。

实施例15基于CTAB保护的Au@Fe₃O₄对亚硝酸根盐的检测

在加热条件下以30mM CTAB为保护剂，硼氢化钠还原制备Au@Fe₃O₄,分别将50μL含不同浓度的亚硝酸根离子的待检液加入到950μL CTAB保护的Au@Fe₃O₄溶液中，混匀后用盐酸调节所得混合液的pH值为酸性，测量所得混合液的磁共振氢质子横向弛豫时间T₂。

亚硝酸根离子在酸性条件下具有氧化性，可以通过氧化还原作用刻蚀Au@Fe₃O₄，改变其粒径，通过测定溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂的变化，对比标准工作曲线，进一步定量测定亚硝酸根离子的浓度含量。

对比例1不使用检测原液检测Fe³⁺

同实施例1，区别在于：不使用实施例1的检测原液

分别测定加入Fe³⁺前后所得混合溶液中氢质子的横向弛豫时间T₂，发现两者的氢质子的横向弛豫时间T₂基本无变化，因此无法高灵敏地检测Fe³⁺的存在。

本发明提供了一种新型的用于检测金属离子和/或小分子化合物的方法，该方法使用表面活性剂/修饰剂保护的金属纳米粒子体系或者金属纳米粒子包裹磁性材料的核壳结构纳米粒子体系，利用金属离子和/或小分子化合物引起金属纳米粒子发生团聚、抗团聚、解团聚、刻蚀、抗刻蚀、形成沉淀化合物等变化，引起金属纳米粒子、核壳纳米粒子存在状态及所处的物理化学环境改变，从而导致溶液中相邻氢质子的横向弛豫时间T₂发生变化，就可以快速检测出溶液中是否含有被检测金属离子和/或小分子化合物，结合被检测金属离子和/或小分子化合物浓度与磁共振氢质子横向弛豫时间T₂(或相对氢质子MRI横向弛豫时间变化ΔT₂)关系的标准曲线图，本发明还可以进一步定量检测出待测样品中金属离子和/或小分子化合物的含量。

与对比例1相比，本发明所述检测方法具有操作简单、快速、成本低、选择性好、灵敏度高，并且可以在现场实时操作的优点。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种定量检测金属离子和/或小分子化合物的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1）提供待检液和检测原液;

2）将所述待检液和所述检测原液混合，测量所得混合液的核磁共振横向弛豫时间，基于所测得的核磁共振横向弛豫时间得出待检液中待检测金属离子和/或小分子化合物的含量；

所述检测原液是如下制备的：

a-1）提供第一溶液、第二溶液和第三溶液，其中，

所述第二溶液包含第二溶剂和溶于第二溶剂中的金属盐；

所述第三溶液包含第三溶剂和溶于第三溶剂中的还原剂；

a-2）在搅拌条件下，将所述第二溶液和所述第三溶液依次加入所述第一溶液中，搅拌所得混合液，得到包含功能化金属纳米粒子的检测原液；

和任选的在步骤a-2）之后还包括如下步骤：

a-3）在搅拌条件下，将修饰剂加入步骤a-2）所得混合液中，制得包含功能化金属纳米粒子的检测原液；

所述修饰剂选自下组：巯基乙胺、2-巯基吡啶、巯基乙酸（TGA）、巯基丙酸（MPA）、谷胱甘肽（GSH）、8-羟基喹啉(8-HQ)、邻苯二酚、盐酸羟胺、阿霉素、紫杉醇、葡萄糖、果糖、茜素红、甲壳素、抗坏血酸、氨水、邻苯二胺（OPD）、多巴胺、十六烷基三甲基溴化铵、盐酸羟胺、氨基三乙酸、甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、赖氨酸、谷氨酰胺、丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、组氨酸、精氨酸、三聚氰胺、***、***、氰氯酸、2，6-吡啶二羧酸、烟酸、2-吡啶甲酸、吡啶-2，3-二羧酸、丁二酮肟（DMG）、双硫腙（Dithizone）、硫代乙酰胺（C₂H₅NS）、多聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚乙烯亚胺（PEI）、硫代硫酸钠，或其组合；

且所述方法具有选自下组的一个或多个特征：

1）当待检测金属离子为Fe³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB及氨水功能化的AgNPs；

2）当待检测金属离子为Hg²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化的Au@Fe₃O₄；

3）当待检测金属离子为Co²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为TGA功能化的CTAB修饰的AuNPs；

4）当待检测金属离子为Ni²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为吐温20包裹、丁二酮肟（DMG）修饰的AgNPs；

5）当待检测金属离子为Cu²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为Cl^-协助下吐温20功能化Ag@Fe₃O₄；

6）当待检测金属离子为Pb²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB保护、硫代硫酸钠修饰的Au@Fe₃O₄；

7）当待检测金属离子为Cd²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为Au@Fe₃O₄；

8）当待检测金属离子为Al³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为GSH为保护剂、半胱氨酸为修饰剂的Ag@Fe₃O₄；

9）当待检测金属离子为Cr³⁺/Cr(Ⅵ)时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为GA修饰功能化的Au@Fe₃O₄；

10）当待检测金属离子为Mn²⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为多聚磷酸钠功能化AgNPs；

11）当待检测金属离子为Gd³⁺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠保护、PEI修饰功能化的AuNPs；

12）当待检测小分子化合物为Cys时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠、PVP保护的磁性银纳米三角片(Ag@Fe₃O₄ nanoprisms)；

13）当待检测小分子化合物为多巴胺时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB修饰功能化Au@Fe₃O₄；

14）当待检测小分子化合物为盐酸克伦特罗(CLB)时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为柠檬酸钠还原的Au@Fe₃O₄；

15）当检测小分子化合物为亚硝酸根盐时，所述检测原液中的功能化金属纳米粒子为CTAB保护的Au@Fe₃O₄。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2）中，所述混合为将所述待检液加入所述检测原液中。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检液在检测前经前处理后再进行定量检测。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述前处理指去除非待检测金属离子和/或小分子化合物和/或干扰物的处理过程。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待检液仅包含一种特定的待检测金属离子和/或小分子化合物。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a-2）所使用的所述表面活性剂或表面活性剂修饰的磁性材料、所述金属盐和所述还原剂的摩尔比为1-1000：1-1000：1-100。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述检测原液中，功能化金属纳米粒子的终浓度为0.0001 mM-0.1 mM。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核磁共振横向弛豫时间为氢质子的核磁共振横向弛豫时间。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的检测灵敏度均优于10^-6M。

10.一种试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包含用于检测磁性金属离子和/或小分子化合物的第一容器、用于检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的第二容器；其中，

所述第二容器包含用于制备检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液的金属盐、磁性材料、还原剂、修饰剂、任选的表面活性剂、以及任选的溶剂；或者

所述第二容器包含用于检测非磁性金属离子和/或小分子化合物的检测原液；

所述检测原液是如下制备的：

a-1）提供第一溶液、第二溶液和第三溶液，其中，

所述第二溶液包含第二溶剂和溶于第二溶剂中的金属盐；

所述第三溶液包含第三溶剂和溶于第三溶剂中的还原剂；

和任选的在步骤a-2）之后还包括如下步骤：

且具有选自下组的一个或多个特征：

11.一种权利要求10所述的试剂盒的用途，其特征在于，用于检测金属离子和/或小分子化合物。