CN107219206B - 一种铜离子含量的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的铜离子含量的分析方法，采用荧光分析法，基于分子探针，该分子探针与铜离子相互作用后荧光发射强度显著增强，利用荧光发射强度与铜离子浓度之间的良好线性关系来检测环境和人体中的痕量铜离子，方法的灵敏度和准确度高；此外，钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，汞离子等离子对铜离子的检测均无干扰，体现了本发明的分子探针对铜离子具有较好的识别性，选择性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜离子含量的分析方法，属于分析化学领域。
背景技术
随着现代工业的日益发展，大量重金属和过渡金属被排放到自然界中，由此引起的污染问题越来越严重，因此对重金属和过渡金属离子的识别和检测具有重要的理论和实际意义，引起了研究者们的广泛关注。
铜离子在生命活动中有着重要的作用，它能作为很多酶的催化辅因子，如超氧化物歧化酶、细胞色素氧化酶、酪氨酸酶等等，但是过量的铜离子能产生毒害作用，甚至引发神经性疾病，如老年痴呆症等等。因此，对铜离子识别和检测在生命科学、食品科学、环境科学等科学领域中占有极其重要的地位。
基于分子识别的荧光分子探针作为一种全新的金属离子识别手段引起了科学工作者的浓厚兴趣，已成为当今科学研究的重点，得到了迅猛发展。荧光分子探针一般是由荧光基团，连接基团和识别基团三个重要部分组成，荧光基团是荧光信号的生成单元，连接基团是将荧光基团和识别基团两者结合起来，当外来客体物质与结合体作用时，连接基团还能引起荧光基团的发光特征产生变化，起到一个枢纽作用；识别基团用来接纳和识别外来客体物质。荧光分子通过受体与识别分子结合读取信息,然后依靠连接基团将识别的信息传送给荧光基团，进而转换成光学信号。在荧光分子探针的这些组分中，荧光基团和识别基团的作用尤为重要，荧光基团决定了荧光分子探针的灵敏度，识别基团则决定了荧光分子探针的选择性和专一性，而第三部分连接基团的作用则是对荧光分子探针的识别起着连接和枢纽作用。
荧光分子探针具有以下优点：1、快捷方便、灵敏度高；2、能够与光纤技术相结合实现远程检测；3技术上裸眼测试是可用的。但是，目前报道的基于分子探针的铜离子荧光分析方法不能兼具高选择性和高灵敏度，导致测定结果的准确定较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术所存在的弊端，提供一种兼具高选择性和高灵敏度的铜离子含量的分析方法。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种铜离子含量的分析方法，基于分子探针，采用荧光分析法定量测定铜离子含量，所述分子探针的化学结构式为
优选地，本发明的铜离子含量的分析方法采用标准校准曲线法，步骤如下：
1)将一定量的分子探针溶解到乙腈中，得到分子探针储备溶液，调节分子探针储备溶液的pH为3-11；
2)将M份V1体积的步骤1)得到的分子探针储备溶液分别与M-1份V2体积系列浓度的铜离子标准溶液和1份V2体积的铜离子样品溶液混合，再通过乙腈定容，得M组混合溶液；
3)将步骤2)得到的M组混合溶液室温静置30-60分钟，然后进行荧光分析，测得M组荧光强度；
4)分析步骤3)测得的含铜离子标准溶液的9组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的对应关系，绘出校准曲线，根据铜离子样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中铜离子的浓度。
优选地，所述铜离子含量的分析步骤具体如下：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.1-1mM，pH为3-11的分子探针储备溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的分子探针储备溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的铜离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL铜离子样品溶液，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置30-60分钟，然后用320-380nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)绘出步骤3)测得的含铜离子标准溶液的M-1组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的校准曲线，根据铜离子样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中铜离子的浓度。
优选地，所述步骤1)中分子探针储备溶液的pH用Tris-HCl缓冲液进行调节。
优选地，所述步骤2)的铜离子标准溶液的配制方法为：称取一定量的铜盐置于容量瓶中，用二次水溶解定容，然后用二次水逐级稀释到适宜的浓度。
优选地，所述步骤2)的铜离子标准溶液与铜离子样品溶液的溶剂相同。
优选地，所述步骤3)中的荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5-5.0nm，光电倍增管电压为600-700V，扫描速度为500-600nm/min，数据间隔1-2nm，平均时间为0.1-0.2s，滤波点数为20-30。
优选地，本发明的铜离子含量的分析方法可用于检测血液和环境中水溶液中的铜离子含量。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的分子探针在加入铜离子后，最大荧光发射强度大幅度增大，而钙离子、钴离子、镁离子、镍离子、汞离子、铅离子、锌离子等其他离子均不能导致荧光光谱的明显改变，可见钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，汞离子等离子对铜离子的检测均无干扰，体现了该分子探针对铜离子具有较好的识别性，选择性高。
(2)本发明的基于分子探针的铜离子荧光分析方法可检测环境和人体中的痕量铜离子，灵敏度高。
(3)本发明的铜离子比色探针的稳定性好，能够长期保存使用。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1酸碱性对分子探针光谱性质的影响
通过Tris-HCl缓冲液调节分子探针浓度为0.5mM的乙腈溶液的pH值，用350nm波长激发，测定pH为2-11条件下的最大荧光强度(如表1所示)。结果表明，在pH值在2-8范围内，荧光发射波长没有明显的变化，最大荧光发射波长介于在541-550nm之间，最大发射强度在19-52a.u.之间；而pH值在9-11之间时，用350nm波长激发，荧光发射波长也没有明显的变化，最大荧光发射波长介于317-334nm之间，最大发射强度在20-26a.u.之间。因此，在pH值在2-9范围内，体现出较好的稳定性。
表1分子探针在不同缓冲溶液中的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3.0nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔2nm，平均时间为0.2s，滤波点数为20。
实施例2分子探针在乙腈中与不同金属离子作用的光谱性质
在乙腈溶液中，对分子探针与不同的金属离子作用进行了荧光测试(如表2所示)，用350nm波长激发，于5mL浓度为0.1mM分子探针的乙腈溶液中，加入5mL浓度为1μM的各种不同的金属离子时，结果如下：在加入铜离子后，最大荧光发射波长出现在557nm，最大荧光发射荧光强度由11a.u.增大到670a.u.，增大了大约60倍。而钙离子、钴离子、镁离子、镍离子、铜离子、铅离子、锌离子等其他离子对铜离子均无干扰。
表2分子探针在乙腈中与不同金属离子作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3.0nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔2nm，平均时间为0.2s，滤波点数为20。
实施例3
本实施例提供一种的铜离子含量的分析方法，基于分子探针，采用荧光分析法定量测定铜离子含量，所述分子探针的化学结构式为
所述铜离子含量的分析步骤具体如下：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.1mM，pH为2的分子探针储备溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的分子探针储备溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的铜离子标准水溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL血样，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置30分钟，然后用320nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)分析步骤3)测得的含铜离子标准溶液的9组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的对应关系(如表3)，绘出校准曲线，根据血样的荧光强度，利用校准曲线求得血样中铜离子的浓度。
表3分子探针与铜离子标准水溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5nm，光电倍增管电压为600V，扫描速度为500nm/min，数据间隔1nm，平均时间为0.1s，滤波点数为20。
通过上表可见，荧光发射强度在0.05-5μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝235.88x+3.7743，R2＝1，含血样的混合溶液的荧光发射强度为210a.u.，得到该血样的铜离子浓度为0.87μM。
实施例4
本实施例提供一种的铜离子含量的分析方法，基于分子探针，采用荧光分析法定量测定铜离子含量，所述分子探针的化学结构式为
所述铜离子含量的分析步骤具体如下：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.5mM，pH为7的分子探针储备溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的分子探针储备溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的铜离子标准水溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL某一污染湖水，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置45分钟，然后用350nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)分析步骤3)测得的含铜离子标准溶液的9组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的对应关系(如表4)，绘出校准曲线，根据污染湖水的荧光强度，利用校准曲线求得污染湖水中铜离子的浓度。
表4分子探针与铜离子标准水溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为3nm，光电倍增管电压为650V，扫描速度为550nm/min，数据间隔1.5nm，平均时间为0.15s，滤波点数为25。
通过上表可见，荧光发射强度在0.1-5μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝168.64x-0.6654，R2＝1，含污染湖水的混合溶液的荧光发射强度为305a.u.，得到该污染湖水的铜离子浓度为1.81μM。
实施例5
本实施例提供一种的铜离子含量的分析方法，基于分子探针，采用荧光分析法定量测定铜离子含量，所述分子探针的化学结构式为
所述铜离子含量的分析步骤具体如下：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用Tris-HCl缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为1mM，pH为9的分子探针储备溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的分子探针储备溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的铜离子标准水溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL某一化工废水，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置60分钟，然后用380nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)分析步骤3)测得的含铜离子标准溶液的9组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的对应关系(如表5)，绘出校准曲线，根据化工废水的荧光强度，利用校准曲线求得化工废水中铜离子的浓度。
表5分子探针与铜离子标准水溶液作用的荧光光谱数据
注：荧光光谱测试条件为：激发和发射狭缝宽度为5nm，光电倍增管电压为700V，扫描速度为600nm/min，数据间隔2nm，平均时间为0.2s，滤波点数为30。
通过上表可见，荧光发射强度在0.1-10μM的浓度范围内呈线性关系，线性方程为：y＝175.38x-5.162，R2＝0.9999，含化工废水的混合溶液的荧光发射强度为510a.u.，得到该化工废水的铜离子浓度为2.94μM。
本发明的铜离子含量的分析方法，基于分子探针，采用荧光分析法，可定量检测环境和人体中的痕量铜离子，在一定的浓度范围内线性范围良好，灵敏度和准确度高；此外，钙离子，钴离子，镁离子，镍离子，汞离子等离子对铜离子的检测均无干扰，体现了本发明的分子探针对铜离子具有较好的识别性，选择性高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种铜离子含量的分析方法，采用荧光分析法定量测定铜离子含量，其特征在于，步骤如下：
1)将一定量的分子探针溶解到乙腈中，得到分子探针储备溶液，调节分子探针储备溶液的pH为3-11；
2)将M份V1体积的步骤1)得到的分子探针储备溶液分别与M-1份V2体积系列浓度的铜离子标准溶液和1份V2体积的铜离子样品溶液混合，再通过乙腈定容，得M组混合溶液；
3)将步骤2)得到的M组混合溶液室温静置30-60分钟，然后进行荧光分析，测得M组荧光强度；
4)分析步骤3)测得的含铜离子标准溶液的9组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的对应关系，绘出校准曲线，根据铜离子样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中铜离子的浓度；
所述分子探针的化学结构式为：
所述步骤3)中的荧光分析的测试条件为：激发和发射狭缝宽度为2.5-5.0nm，光电倍增管电压为600-700V，扫描速度为500-600nm/min，数据间隔1-2nm，平均时间为0.1-0.2s，滤波点数为20-30。
2.根据权利要求1所述的铜离子含量的分析方法，其特征在于，所述铜离子含量的分析步骤具体如下：
1)称取一定量的分子探针和乙腈，然后将分子探针溶解到乙腈中，用缓冲液进行调节，得到分子探针的浓度为0.1-1mM，pH为3-11的分子探针储备溶液；
2)分别加入1mL步骤1)得到的分子探针储备溶液于10个10mL容量瓶中，然后向9个上述容量瓶中分别加入1mL浓度为0.01μM、0.05μM、0.1μM、0.2μM、0.5μM、1μM、2μM、5μM、10μM的铜离子标准溶液，向剩余的1个容量瓶中分别加入1mL铜离子样品溶液，再通过乙腈定容，得10组混合溶液；
3)将步骤2)得到的10组混合溶液室温静置30-60分钟，然后用320-380nm范围的波长激发，测得10组荧光发射光谱；
4)绘出步骤3)测得的含铜离子标准溶液的M-1组混合溶液的荧光强度与相应的铜离子浓度间的校准曲线，根据铜离子样品溶液的荧光强度，利用校准曲线求得样品溶液中铜离子的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的铜离子含量的分析方法，其特征在于，所述步骤1)中分子探针储备溶液的pH用Tris-HCl缓冲液进行调节。
4.根据权利要求1或2所述的铜离子含量的分析方法，其特征在于，所述步骤2)的铜离子标准溶液的配制方法为：称取一定量的铜盐置于容量瓶中，用二次水溶解定容，然后用二次水逐级稀释到适宜的浓度。
5.根据权利要求1或2所述的铜离子含量的分析方法，其特征在于，所述步骤2)的铜离子标准溶液与铜离子样品溶液的溶剂相同。
6.根据权利要求1或2所述的铜离子含量的分析方法，其特征在于，方法可用于检测血液和环境中水溶液中的铜离子含量。
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