以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法

摘要

本发明公开一种

说明书

技术领域

本发明涉及以纳米金为显色探针的硫氰酸根离子快速含量测定方法，属于分析化学和纳米技术领域。

背景技术

纳米金由于其易于制备和生物功能化、优良的生物稳定性和独特的光谱特性已受到广泛的关注。纳米金的表面等离子吸收带位于电磁波谱的可见光区，并受纳米聚集体的形貌的影响。典型的胶体纳米金为酒红色，而它们的聚集体则呈现紫色或蓝色，这是由于纳米金的表面等离子吸收带向长波长移动所致。基于纳米金聚集过程中颜色变化这一原理的方法已被广泛地应用于检测细胞、蛋白质、DNA、金属离子和小分子等。然而，应当指出的是，纳米金的聚集过程受许多外部因素的影响，因此会产生假阳性信号而得到不正确的结果。为了获得较高的选择性及准确性，基于抗聚集或再分散的纳米金的显色方法成为一个很好的选择。

硫氰酸盐（SCN^-）被广泛应用于医药，染色，照相等行业中。由于其产生的剧毒性化学成分（例如CN^-、CNCl）会造成严重的环境（尤其是水生环境）危害，因此测定硫氰酸盐具有非常重要的现实意义。目前，硫氰酸盐的检测方法主要包括原子吸收分光光度法，电化学分析法，气相色谱法，毛细管电泳法，胶束电动毛细管色谱法，离子色谱法等。然而，这些方法检测过程相对复杂、费时、昂贵并会涉及到一些有害试剂。

本发明直接以柠檬酸钠还原法制备的纳米金作为显色探针，利用硫氰酸盐能选择性阻止金纳米粒子聚集的特性（即抗聚集性），提供了一种快速、安全、简便、灵敏的硫氰酸盐检测新方法。

发明内容

本发明的目的是以柠檬酸钠还原法制备的纳米金为显色探针，提供了一种快速、安全、简便、灵敏的硫氰酸盐检测新方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的一种以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特征是利用硫氰酸盐能选择性阻止纳米金在酸性溶液中产生聚集的特性，而表现出溶液颜色和紫外吸收光谱特征的变化，来测定硫氰酸盐浓度。

所述的以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是利用目视观察溶液颜色的变化特征以判断硫氰酸盐的浓度。

所述的以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是利用溶液紫外吸收光谱的吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀以判断硫氰酸盐的浓度。

所述的以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是所使用的纳米金采用柠檬酸钠还原氯金酸的方法制备，将1毫升0.1 g/L的氯金酸溶液溶解于100毫升水中，回流加热煮沸后迅速加入3毫升0.1g/L的柠檬酸三钠溶液，反应溶液从浅黄色变成酒红色，继续回流15分钟后，将反应溶液自然冷却至室温而形成纳米金。

所述的以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是按体积比5:1将纳米金溶液和含不同浓度硫氰酸盐溶液混合，加入0.2毫升硫酸溶液使混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L，30℃放置5-8分钟，目视观察颜色特征或测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀，当目视观察颜色特征时随着硫氰酸盐浓度的增大，纳米金的颜色逐渐由蓝色变为紫色-紫红色-红色，目视观察的检测限为1 μmol/L；当测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀时，随着硫氰酸盐浓度的增大而吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀逐渐增大，在2.5~2 μmol/L 范围内ΔA₇₀₀/A₅₂₀与硫氰酸盐浓度呈线性关系，检测限为0.14 μmol/L。

所述的以纳米金为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是所使用的纳米金粒径为13 nm，浓度为3.2 nmol/L。

所述的以金纳米粒子为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是按体积比5:1将纳米金溶液和含不同浓度的待测样品硫氰酸盐溶液混合，加入0.2毫升硫酸溶液使混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L，30℃放置5分钟，目视观察颜色特征或测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀以判断硫氰酸盐的浓度。

所述的以金纳米粒子为显色探针的硫氰酸盐快速测定方法，其特点是硫氰酸盐溶液和纳米金溶液的体积优选为0.05 毫升和0.25 毫升。

本发明所述的一种以纳米金为显色探针快速测定水样中硫氰酸盐的方法，包括如下步骤：10毫升的水样中加入乙二胺四乙酸使混合后溶液中乙二胺四乙酸终浓度为1 mmol/L，经0.22 μm滤膜过滤后，得样品溶液；在0.25毫升纳米金中加入0.05毫升上述样品溶液及0.2毫升硫酸使混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L，30℃放置5分钟，然后目视观察颜色变化或测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀，根据溶液颜色与比色标准系列比较或通过吸光度比值标准曲线进行定量，获得水样中的硫氰酸根离子含量。

所述的以纳米金为显色探针快速测定水样中硫氰酸盐的方法，其特点是所使用的纳米金采用如下的柠檬酸钠还原氯金酸的方法制备，将1毫升0.1 g/L的氯金酸溶液溶解于100毫升水中，回流加热煮沸后迅速加入3毫升0.1 g/L的柠檬酸三钠溶液，反应溶液从浅黄色变成酒红色，继续回流15分钟后，将反应溶液自然冷却至室温而形成纳米金。

具体地说，本发明的技术方案为：

（一）纳米金的制备： 

以下过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。纳米金的制备方法为：1毫升0.1 g/L的氯金酸溶液溶解于100毫升水中，回流加热煮沸后迅速加入3毫升0.1 g/L的柠檬酸三钠溶液，反应溶液由从浅黄色变成酒红色，继续回流15分钟后，将反应溶液自然冷却至室温。所得的纳米金粒径为13 nm，浓度约为3.2 nmol/L，4 ℃保存。

（二）硫氰酸盐的测定

0.05毫升硫氰酸盐样品溶液中加入0.25毫升步骤（一）制备的纳米金溶液，然后加入0.20毫升20 mmol/L硫酸（混合溶液中硫酸的终浓度为8 mmol/L），混合均匀后在30℃放置5分钟，目视观察颜色的变化或测定700 nm与520 nm波长处的吸光度比值（A₇₀₀/A₅₂₀）。根据溶液颜色与比色标准系列比较或通过吸光度比值标准曲线进行定量。目视观察的检测限为1 μmol/L，吸光度比值测定的检测限为0.14 μmol/L。

本发明的优点：

（1）本发明基于硫氰酸盐能阻止纳米金在酸性溶液中产生聚集，从而表现出溶液颜色和紫外吸收光谱特征的变化，可以直接用于硫氰酸盐的含量检测。

（2）本发明所使用的纳米金直接由柠檬酸钠还原氯金酸得到，无需进行进一步的修饰，制备过程简单快速。

（3）本发明对样品的处理要求低，抗干扰性好，水样中仅需加入乙二胺四乙酸即可进行测定。

（4）本发明的检测速度快，可以在5分钟内完成实际水样的预处理和检测。

（5）本发明的检测灵敏度高，通过肉眼观察颜色变化的检测限为1 μmol/L，吸光度比值测定的检测限为0.14 μmol/L。

附图说明

图1为8 mmol/L硫酸存在条件下纳米金的紫外吸收光谱图。

图2为8 mmol/L硫酸存在条件下纳米金与硫氰酸盐作用后的紫外吸收光谱图。

图3为不同聚集诱导剂作用下纳米金与硫氰酸盐作用后的吸光度比值图。

图4为不同浓度硫酸存在条件下纳米金与硫氰酸盐作用后的吸光度比值图。

图5为8 mmol/L硫酸存在条件下纳米金与不同浓度硫氰酸盐作用后的吸光度比值随时间的变化图。

图6为8 mmol/L硫酸存在条件下纳米金与不同浓度硫氰酸盐作用后的颜色变化图。具体颜色变化从左到右显示为，当不含硫氰酸盐时，溶液显蓝色；硫氰酸盐浓度为1 μmol/L时，溶液显紫色；硫氰酸盐浓度为1.5 μmol/L时，溶液显紫红色；硫氰酸盐浓度为2 μmol/L时，溶液显红色。

图7为8 mmol/L硫酸存在条件下纳米金与不同浓度硫氰酸盐作用后的吸光度比值变化图。

图8为8 mmol/L硫酸存在条件下ΔA₇₀₀/A₅₂₀（空白对照组A₇₀₀/A₅₂₀减去实验组A₇₀₀/A₅₂₀）与硫氰酸盐浓度的线性关系图。

具体实施方式

实施例1：

1毫升0.1 g/L的氯金酸溶液溶解于100毫升水中，回流加热煮沸后迅速加入3毫升0.1 g/L的柠檬酸三钠溶液，反应溶液从浅黄色变成酒红色，继续回流15分钟后，将反应溶液慢慢冷却至室温。所得的纳米金粒径为13 nm，浓度约为3.2 nmol/L，4 ℃保存。以上过程中使用的所有玻璃器皿均经过王水浸泡，并用双蒸水彻底清洗，晾干。

实施例2：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升蒸馏水及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置5分钟。纳米金颜色由酒红色变为蓝色，吸光度比值（A₇₀₀/A₅₂₀）增大（见图1）。

实施例3：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升硫氰酸盐溶液（混合后溶液中硫氰酸盐终浓度为2 μmol/L）及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置5分钟。纳米金颜色基本保持不变，吸光度比值（A₇₀₀/A₅₂₀）较实施例2的吸光度比值小（见图2）。

实施例4：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升硫氰酸盐溶液（混合后溶液中硫氰酸盐终浓度为2 μmol/L）及0.2毫升不同的聚集诱导剂（硫酸、硝酸、磷酸、盐酸、乙酸、氯化钠）（混合后溶液中聚集诱导剂终浓度均为8 mmol/L），30℃放置5分钟，测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀。空白对照组以蒸馏水代替硫氰酸盐溶液。如图3所示，由硫氰酸盐所引起的ΔA₇₀₀/A₅₂₀（空白对照组A₇₀₀/A₅₂₀减去实验组A₇₀₀/A₅₂₀）在硫酸溶液中达到最大。

实施例5：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升硫氰酸盐溶液（混合后溶液中硫氰酸盐终浓度为2 μmol/L）及0.2毫升不同浓度（混合后溶液中硫酸终浓度为0-10 mmol/L）硫酸，30℃放置5分钟，测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀。空白对照组以蒸馏水代替硫氰酸盐溶液。如图4所示，ΔA₇₀₀/A₅₂₀在硫酸终浓度为8 mmol/L时达到最大。

实施例6：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升硫氰酸盐溶液（混合后溶液中硫氰酸盐终浓度分别为0、1、2 μmol/L）及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置0.5-8分钟，测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀。空白对照组以蒸馏水代替硫氰酸盐溶液。如图5所示，吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀均在5分钟后达到最大。

实施例7：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升不同浓度的硫氰酸盐溶液及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置5分钟，目视观察颜色的变化，结果如图6所示。当不含硫氰酸盐时，溶液显蓝色；硫氰酸盐浓度为1 μmol/L时，溶液显紫色；硫氰酸盐浓度为1.5 μmol/L时，溶液显紫红色；硫氰酸盐浓度为2 μmol/L时，溶液显红色。

实施例8：

在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升不同浓度的硫氰酸盐溶液及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置5分钟，测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀。如图7所示，吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀随硫氰酸盐浓度的增大而减小，在0.25~2 μmol/L 范围内ΔA₇₀₀/A₅₂₀与硫氰酸盐浓度呈线性关系（见图8），检测限为0.14 μmol/L。

实施例9：

10毫升的水样中加入乙二胺四乙酸（混合后溶液中乙二胺四乙酸终浓度为1 mmol/L），经0.22 μm滤膜过滤后，得样品溶液。在0.25毫升实施例1制得的纳米金中加入0.05毫升上述样品溶液及0.2毫升硫酸（混合后溶液中硫酸终浓度为8 mmol/L），30℃放置5分钟，目视观察颜色的变化或测定吸光度比值A₇₀₀/A₅₂₀。结合实施例8计算水样中硫氰酸盐的含量，样品的测定回收率为94.8%~101.3%，相对标准偏差为1.6-3.2%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。