Colorimetricdeterminationofcopper(II)ionsusinggold

比色测定铜(II)离子利用金纳米粒子作为探针Colorimetricdeterminationofcopper(II)ionsusinggoldnanoparticlesasaprobe铜是一种剧毒环境污染物生物积累性属性。因此，非常需要开发一种简单，敏感，和选择性测定为铜离子。于此，对于铜离子具有高的选择性和灵敏度使用金粒子（AuNPs）的比色传感器呈现。金纳米粒子首先由聚乙烯吡咯烷酮（PVP）稳定化。2-巯基苯并咪唑（MBI）会导致PVP的凝集稳定的金纳米颗粒（PVP-金纳米粒子）为配体巯自组装金纳米粒子的表面上。这将导致的颜色变化，从红色到紫色。与此相反，在添加铜离子，MBI将只响应铜离子。这将阻止巯配体组装和金纳米粒子保持单分散，呈现红色。因此，采取这种机制，一个“紫色到红色的”比色检测策略可以建立铜离子检测的优势。这个策略，铜离子的浓度可用肉眼或用紫外可见分光法进行检测，以及铜离子的检测限为5mM和0.5mM。此外，该方法显示了对许多其他的金属离子，和实际水样适用性优异的抗干扰能力。总之，这些优点使该法简单而结实，因此有望用于现场水质检测。1.简介检测和识别的金属离子是在两种环境监测和临床研究的重要课题。铜，一个重要的辅因子对许多蛋白质的酶在活的生物体，是所需的多种功能，包括骨形成，细胞呼吸，和结缔组织发展的必要和显著微量营养素。然而，高浓度的铜离子可能会导致不利的影响在生物体，导致胃肠道不适，肝或肾损害，和严重的神经变性疾病。铜在由美国环境保护局（EPA）设置饮用水所允许的最大电平为1.3ppm的（〜20μM）。尽管如此，铜仍是环境污染物的主要成分之一，由于其广泛的应用在农业和行业。因此，它已成为日益重要的是建立高度敏感和有效的方法以监测在水中的Cu2+的水平。迄今为止，各种高效和可再现的方法，例如原子吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱法（ICPMS），量子点为基础的测定法，电化学传感器，荧光传感器，比色检测，和表面增强拉曼光谱已经开发了用于检测铜离子。在这些开发的方法，比色化学传感器，引起了各界的关注，近年来他们的简单和便于观察用肉眼而不需要复杂的仪器。基于贵金属纳米粒子，尤其是黄金纳米粒子（纳米金）色传感器，可以提供简单，快速，灵敏度高，选择性识别各种分析物包括蛋白质，癌细胞，小分子和金属离子的有吸引力的方法。然而，大多数金纳米粒子系测定法Cu2+的检测依赖于金纳米粒子与特异性结合配体，进行修改，即，靶介导的交联金纳米粒子，这是经常参与有毒化学试剂，费时反应和概念繁琐的净化。例如，江报到Cu2+的检测使用叠氮化物和炔烃功能化纳米金在水溶液中通过点击化学的方法，和铜离子的通过肉眼检测到的最小浓度大约为50μM。然而，这种方法需要一系列复杂的修改程序，以制备官能化金纳米粒子，并过夜温育以促进聚合，这使得该检测方法更加复杂和费时。凯拉萨等。已经证明纳米金装饰有多巴胺二硫代氨基甲酸为水样中的比色检测的Cu2+离子的应用。然而，当金纳米粒子的表面进行装饰，与多巴胺二硫代氨基甲酸，该纳米金会被聚集和裸金纳米粒子的颜色会从红色变为紫色。此外，在低灵敏度（1mM的由眼睛视力和14.9毫由紫外-可见光谱）将限制了该方法的应用。米尔金的研究小组报告了比色铜离子传感器基于DNA官能化金纳米粒子。检测限（LOD）测定的极限是20毫米。然而，这种纳米金为基础的检测依赖于金纳米粒子与特异性配体的修饰。此外，这种方法需要交替温度在实验过程中，与检测限值为高（20μM）。为了避免复杂而繁琐的合成的配体改性的金纳米粒子，基于抗聚集或金纳米粒子再分散机构最近被采用，以控制纳米金聚合一种很好的替代方式的测定法。空间稳定的配体稳定的金纳米粒子的损失是通常的主要方法之一来诱导胶体聚集在非交联机制。由抗聚集金纳米粒子与使用通常可获得的有机小分子2-巯基苯（MBI）的装置简便，灵敏及选择性检测铜离子。MBI是亚硫脲基化合物家族中的重要成员，并且它一直被称为作为缓蚀剂用于金属的保护。它有效地通过对金属的化学吸附层的形成保护各种侵蚀性环境的金属，如铜。MBI拥有终端巯基部分，因此，它可以绑定到的金纳米粒子通过金-硫键的表面，并形成了MBI功能化的的金纳米粒子。还MBI为疏水性的，这会诱发的金纳米粒子的聚集。据报道，Cu离子显示朝向MBI有很强的亲和力。利用铜离子的这种独特属性的，我们设计了一种新的，轻便和比色传感器，用于检测铜离子基于的金纳米粒子的抗聚集，通过与MBI铜离子和的金纳米粒子之间的竞争结合。PVP稳定的金纳米粒子进行了首次制备和MBI作为聚集剂。大多数以前的方法是基于这样的事实，的金纳米粒子通过粒子间的交联在铜离子中，的金纳米粒子溶液的变化，然后从红色到紫色或蓝色的颜色的存在诱导聚合。然而，在我们的方法中，铜离子的检测是通过中断诱导MBI金纳米颗粒，其可以通过肉眼根据颜色改变从紫色到红色被观察的聚合来实现。然而，据我们所知，目前对铜离子的基础上的的金纳米粒子。另外抗聚集的比色检测的报道很少，这是更简单和比铜离子测定中的其他现有的方法更经济有效的通过在此使用共同的分子MBI方法。在这种简单的方式，5μM的铜离子只用肉眼检测出来。2.实验部分试剂和设备氯金酸（HAuCl4.4H2O），CuSO4，MBI和柠檬酸三钠从Sigma-Aldrich公司购买。聚乙烯吡咯烷酮（PVP），KCl，Fe(NO3)2，Fe(NO3)3，MgCl2，HCl，NaOH，和其他化学品购自上海试剂有限公司获得。所有这些试剂均为分析纯，无需进一步纯化而使用。除非另有说明，用蒸馏水在整个调查过程。在该工作进行房间温度为25℃。铜离子的工作溶液新鲜从硫酸铜股票溶液（1M）中制备稀释。在乙醇MBI库存溶液（10mM）中的新鲜制备的和内存储七天用光。无论是铜（II）硫酸盐和DTT储液贮存于4℃。所述Na2HPO4-磷酸二氢钠缓冲溶液（200毫米，pH值¼6.0）通过在水（100毫升）中溶解氢二钠（0.881克）和磷酸二氢钠（2.737克）。紫外-可见光谱测定上以0.5纳米的分辨率操作的ShimadzuUV-2550紫外可见分光光度计。使用数码相机拍照。纳米金的合成柠檬酸盐封端的纳米金是根据所述Frens方法制备。简言之，氯金酸44H2O（0.01％）的100毫升水溶液快速加热到在一个三颈烧瓶在剧烈搅拌下沸腾。在此之后，将1mL的柠檬酸三钠溶液（1％）溶液快速加入，导致溶液的颜色从浅黄色到深红色的变化。颜色的变化后，将溶液加热另外的30分钟完全还原在Au（III）离子的。该金纳米粒子，将其用紫外可见分光光度计测得的，所述的最大吸收波长为530纳米。Cu2+检测的步骤1毫升金纳米粒子放入1.5mL的离心管中。在这以后，柠檬酸盐-金纳米粒子通过离心收集，在10000离心10分钟并将上层清液那些被小心除去最多50μL的剩余体积。蒸馏水和PVP封端剂，然后加入以形成PVP的稳定的金纳米粒子（PVP-金纳米粒子）。溶液的总体积为900μL。而在flnalPVP-金纳米粒子悬浮液的总的PVP浓度为0.025％。对Cu2+的检测中，典型地，MBI的乙醇溶液的等分试样（80μL）中的单独放置于离心管中，向其中20μL的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液（200mM的，中加入的Cu2+的pH为6.0）和不同浓度。混合物溶液的总体积为100μL，并最终浓度MBI和缓冲的分别为10mM和20mM。将混合物在室温下平衡30分钟。此后，该溶液依次用900μL的PVP-金纳米粒子的添加。虽然颜色的变化为瞬间，5分钟被允许为全面比色反应，然后用肉眼或用紫外可见光谱在室温下测量。结果与讨论3.结果与讨论Cu2+检测的基本原理在Cu2+比色传感器的原理示于图1。所制备PVP-金纳米粒子在水溶液中是稳定的。然而，MBI将通过AU-S共价键被固定到金纳米粒子的表面，从而诱导金纳米粒子的聚集与相应的颜色变化（红色到紫色或无色），如果没有铜离子的存在。同时，PVP分子从金纳米粒子解吸。MBI先与铜离子结合，然后再混入PVP-AuNPs体系中，当随着铜离子浓度的增加，AuNPs溶液的颜色从紫色变为原始的红色，其相应的体系从PVP-AuNPs从聚集态变为分散状态此抗聚集或重新分散的PVP-金纳米粒子的作用是由于铜离子和MBI的具有更高的亲和力。所述PVP-金纳米粒子被特征在于紫外可见光谱，然后相应的摄影图像进行聚集。如图。2，PVP-金纳米粒子的特性的表面等离子体共振（SPR）带中观察到的光谱在近似530nm处并且将溶液的颜色是宝石红（图插图2）。吸光度在530nm处的吸光度带归因于分散金纳米粒子的SPR吸收带。它是公知的，在纳米颗粒系统的表面可以通过添加过量的巯基的分子或有机衍生物使纳米颗粒的溶液产生沉淀。在不存在的Cu2+情况下，向PVP-AuNPs加MBI（10μM）的显著诱导的PVP-金纳米粒子“最大吸收带红移，并将该溶液颜色变成紫红色或更浅颜色这归因于MBI可以刺激聚集。然而，当一个MBI溶液的浓度达到可诱导的PVP-AuNPs的可观察到的聚合的浓度时，把MBI溶液首先与铜离子（100μM）处理，然后与PVP-金纳米颗粒悬浮液混合，混合后的PVP-金纳米粒子的最大吸收带将经历一个逆过程，颜色的变化返回到红色（图2）。换言之，铜离子会显着地防止MBI诱导PVP-金纳米粒子的聚集的过程。因为在上述实验条件下铜离子可以有效地与MBI结合，使得MBI很少或没有机会结合PVP-金纳米粒子的表面上。如果MBI首先诱导金纳米粒子聚集，然后用结合铜离子，金纳米颗粒的聚集体不会被铜离子破坏。如从图中S1中可以看出。时添加Cu2+与浓度高达1mM，有聚集的金纳米颗粒的等离子体振子频带的几乎无明显变化。因此，我们分析应该作为两个单独的步骤。也就是说，MBI首先化合物与铜离子结合，然后再与PVP-金纳米粒子反应。所形成的铜离子-MBI络合物可通过紫外可见吸收光谱来确认。如S2中图。MBI与Cu2+反应后的溶液，得到显著吸收变化，这是一个不同于MBI或Cu2+，这个新的吸收是MBI和Cu2+的复合物的可能的特征。据文献报道，MBI具有离域对电子云和相对大的S-C-N键角，这便于铜离子的稳定复合物的形成。因此，MBI的聚集作用失活的Cu2+。因此，我们仅仅只是通过肉眼监测PVP-纳米金溶液的颜色变化很容易地来检测铜离子。由于PVP-金纳米粒子的颜色变化是直接依赖于铜离子浓度，所述金纳米颗粒-MBI系统可以作为比色探针对Cu2+的定量检测。此外，MBI对Cu2+的亲合性优于其它金属离子，所以MBI在其他共存金属离子作用是，Cu2+展现出特异性。最佳的反应条件如示于图图3a中，所制备的PVP-金纳米颗粒的纳米分散体显示出酒红色的颜色和显示在在UV-vis吸收光谱530nm的强absor-bance带。加入MBI向PVP-金纳米粒子导致了金纳米粒子可观察到的聚集，并将该溶液颜色变成从原酒红色到紫色或无色的。我们还注意到，对PVP-金纳米粒子的颜色通过从10至100毫米的加成MBI浓度保持无色。在相应的紫外可见光谱（图3a），与MBI浓度的增加的吸收带的在530的强度纳米降低系统-atically伴随有新的吸收带在650nm的外观，这源于颗粒间聚集的金纳米粒子耦合等离子体吸收。在650和530nm处的吸光度都与凝集和分散的金纳米粒子的量，分别为。因此，吸光度在650nm到530nm处的比（A650/A530）来表示的聚集到分散金纳米粒子的摩尔比。如图。图3b中，横轴表示MBI的浓度，纵轴表示PVP-金纳米粒子在添加MBI的相对吸收值。在650/PVP-金纳米粒子的530增加与MBI的增加。当MBI的浓度较高用地在10毫米，没有明显的变化，可以观察到对A650/A530的值。这个结果表明，PVP-金纳米粒子通过加入10mM的MBI几乎完全聚合。因为改善的铜离子检测的灵敏度依赖于MBI的使用量的降低。因此，我们选择了10毫MBI浓度的作为用于进一步实验的最佳浓度。该溶液的离子强度上施加柠檬酸涂覆金纳米粒子之间的相互作用有很强的影响。图。S3a中